14. Особенности конструкции и режимов работы автотрансформаторов.

О

днофазный автотрансформатор имеет две электрически связанные обмотки 0В и ОС. Часть обмотки, заключенная меж­ду выводами В и С, называется после­довательной, а между С и О - об­щей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток I_B, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток Iо. Ток нагрузки вторичной обмотки Iс складывается из тока Iв, проходящего бла­годаря гальванической (электрической) свя­зи обмоток, и тока/о, созданного магнитной связью этих обмо­ток: Iс=I_B+Iо> откуда Iо=Iс-I_B.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток авто­трансформатора, можно записать следующее выражение: S=U_BI_B=U_CI_C. Преобразуя правую часть выражения, получаем:

S=U_BI_B = [(ub - U с) + Uс] Iв =(U_B-U_C)I_B+U_CI_B где (u_B — Uc)I_B = S_T — трансформаторная мощ­ность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; UcI_B =S_Э - электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальва­нической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток I_B из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС. В номинальном режиме проходная мощность является номи­нальной мощностью автотрансформатора S = S_НОМ а трансфор­маторная мощность — типовой мощностью Sт=Sтип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса опреде­ляются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где n_BC = U_B/U_C — коэффициент трансформации; k_выг — коэф­фициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из схемы видно, что мощность последовательной обмотки S_П=(U_B-U_C)l_B=S_ТИП

мощность общей обмотки S_O = U_С I_O = Uc(Ic - Iв) = UcIc (1 – 1/n_BC) = S_ном*k_выг = S_ТИП

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на S_ТИП нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путем.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН shh не может быть больше S_ТИП, так как. иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Выводы, сделанные для однофазного трансформатора справедливы и для трехфазного трансформатора. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой. Обмотки НН соединяются в треугольник.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно-заземленной нейтралью включить понижающий авто­трансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение U_B /√3 вместо (U_B — U_C)/√3, напряжение выводов обмотки СН возрастет при­мерно до U_B, резко увеличится напряжение, приложенное к обмот­кам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в слу­чае присоединения повышающего автотрансформатора с незазем­ленной нейтралью к системе с эффективно-заземленной нейтралью. Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех автотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземле­ния на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряже­ний, однако в системах ВН и СН воз­растают токи однофазного к. з.

П

одводя итог всему сказанному, можно отметить следующие преи­мущества автотрансфор­маторов по сравнению с трансфор­маторами той же мощности:

меньший расход материалов (ме­ди, стали, изоляционных материа­лов); меньшая масса, а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы; меньшие потери и больший к. п. д.; более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов: необходимость глухого заземления нейтрали; что приводит к увеличению токов однофазного к. з.; сложность регулирования напряжения; опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.