14. Регулирование напряжения транформаторов.

Принципы регулирования. При эксплуатации трансформаторов довольно часто возникает необходимость регулирования вторичного напряжения. При этом различают два основных случая:

1) стабилизация вторичного напряжения при незначитель­ном (на 5 — 10%) изменении первичного напряжения, что про­исходит обычно из-за падения напряжения в линии;

2) регулирование вторичного напряжения (из-за особенностей технологического процесса) в широких пределах при неизменном (или мало изменяющемся) первичном напряжении.

В обоих случаях вторичное напряжение регулируется путемизменения  коэффициента  трансформации,   т. е.   соотношения между числами витков первичной и вторичной обмоток.

В первом случае при небольших изменениях первичного напряжения можно изменять число витков либо первичной, либо вторичной обмотки. Например, при снижении первичного напряжения соответственно уменьшают число витков первичной обмотки так, чтобы ЭДС витка осталась неизменной. Поскольку число витков вторичной обмотки не изменяется, неизменной останется и ЭДС вторичной обмотки. При возрастании первичного напряжения соответственно увеличивают число витков первичной обмотки.

Во втором случае, когда требуется регулировать вторичное напряжение при неизменном первичном, изменяют число витков вторичной обмотки. Изменять число витков первичной обмотки в этом случае нельзя, так как это приведет к изменению магнит­ного потока трансформатора и, как следствие, к его перегреву или плохому использованию. Кроме того, очевидно, что получить малое выходное напряжениеU₂ = U₁w₂/w₁ при неизменном числе витков вторичной обмотки практически невозможно, так какпри этом необходимо иметь большое число регулировочных витков*.

Переключение ответвлений обмоток w₁иw₂может осуществляться при отключении трансформатора от первичной и вторичной сетей (переключение без возбуждения) или под нагрузкой (регулирование под нагрузкой). Существуют также трансформаторы с плавным регулированием напряжения, в которых плавно изменяют число витковw₂или магнитный поток Ф₂, охватываемый этой обмоткой.

15. Переходный процесс при включении трансформатора без нагрузки.

Рассмотрим случай включения однофазного трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. Исходя из схемы замещения трансформатора при холостом ходе (рис. 2.64, а), можно составить уравнение

L₀di₀/dt + R₀i₀ = U_1msin (ωt + α₀).                                   (2.94)

Это уравнение по структуре подобно уравнению (2.85) и отличается от него только коэффициентами L₀иR₀ (вместоL_киR_к). Однако пользоваться им нельзя, так какL₀определяется потоком, замыкающимся по стали, и, следовательно, является переменной величиной.

Рис. 2.64. Схема замещения и кривые изменения потока инамагничивающего   тока   при   включении   ненагруженного трансформатора в сеть

В уравнении (2.94) вместо переменной i₀целесообразно ввести переменную Ф, которую можно определить из уравненияL₀i₀ — w₁Ф. При этом получим

w₁dФ/dt +w₁(R₀/L₀)Ф =U_1msin (ωt+ α₀).                           (2.95)

Приближенное решение уравнения (2.95) можно получить, полагая L₀≈ const; погрешность в данном случае небольшая, так какR₀ << ωL₀. По аналогии с уравнением (2.85), имеющим ту же структуру, имеем

Ф = Ф_уст+ Ф_св= Ф_тsin (ωt+ α₀- φ₀) +Се ^-(Ro/Lo)t.                  (2.96)

Так как ωL₀>>R₀, то φ₀≈ π/2 и, следовательно,

Ф = - Ф_mcos(ωt+ α₀) + Се ^-(Ro/Lo)t.                                      (2.97)

Постоянную интегрирования найдем из начальных условий: при t = 0 поток Ф = ±Ф_ост, где Ф_ост— остаточный магнитный поток, достигающий иногда в трансформаторе значения 0,5Ф_т. При этом постоянная интегрированияС = Ф_т cos α₀± Ф_ост, а выражение (2.97) принимает вид

Ф = - Фтcos(ωt+ α0) + (Фтcos α0± Фост)е -(Ro/Lo)t.

(2.98)

Наиболее благоприятные условия включения при α₀= π/2 и Ф_ост= 0. В этом случае

Ф=Ф_т sin ωt,                                                       (2.99)

т. е. с первого же момента в трансформаторе устанавлива¬ется номинальный магнитный поток.

Наиболее неблагоприятно включение трансформатора при α₀= 0 и противоположном по знаку потоку Ф_ост. Тогда

Ф = - Ф_тcos ωt + (Ф_т+ Ф_ост)е ^-(Ro/Lo)t.                               (2.100)

В этом случае через полпериода после включения поток достигает максимума (рис. 2.64,6):

Фmах≈ 2Фm+ Фост≈ (2÷2,5) Фт.

(2.101)

Двукратной амплитуде потока соответствует намагничивающий ток I_μmах,в десятки и сотни раз (рис. 2.64, в)превышающий амплитуду установившегося тока холостого хода, что объясняется насыщением стали. Это следует учитывать при регулировании защитных устройств, чтобы не получалось ложных срабатываний защиты при включении трансформатора.