Трехобмоточные трансформаторы широко применяют при распределении электроэнергии и в радиотехнике. Назначение трехобмоточного трансформатора — получать два разных напряжения при подаче к трансформатору одного напряжения, то есть он заменяет два двухобмоточных трансформатора.
Трехобмоточный трансформатор имеет три электрически не связанные друг с другом обмотки, расположенные на одном стержне (рис. 66). К одной из них (первичной) подводят напряжение, а от других двух (вторичных) энергию подают потребителю. Принцип работы трехобмоточного трансформатора аналогичен принципу работы обычного двухобмоточного. Намагничивающий ток первичной обмотки создает магнитный поток, он во вторичных обмотках индуктирует э. д. с. Е2 и Е3. Изменение тока во вторичных обмотках вызывает соответствующее изменение тока в первичной обмотке трехобмоточного трансформатора.
Рис. 66. Схема однофазного трехобмоточного трансформатора.
Номинальная мощность первичной обмотки всегда меньше суммы номинальных мощностей обеих вторичных обмоток. Нагрузка на вторичные обмотки достигает номинального значения не одновременно.
Соотношения мощностей обмоток в процентах предусмотрены следующие: 100 — 67 — 67%; 100 — 67 - 100%.
За номинальную мощность трехобмоточного трансформатора принимают мощность наиболее мощной из его обмоток — первичной.
Автотрансформаторы
Рис. 67. Автотрансформаторы:
а — схема однофазного автотрансформатора; б — лабораторный автотрансформатор типа ЛATP; в — схема трехфазного автотрансформатора; 1 — обмотка; 2 — щеткодержатель; 3 — регулятор напряжения.
Автотрансформаторы в отличие от обычных двухобмоточных трансформаторов имеют электрическую связь сторон НН и ВН. В автотрансформаторах обмотка НН — часть обмотки ВН (рис. 67).
Автотрансформаторы могут быть повышающими и понижающими. Коэффициент трансформации их выражают через число витков.
В автотрансформаторе первичный ток IХ протекает лишь по части обмотки на участке А—а (рис. 67, а), а ток нагрузки I2 по обмотке не протекает. На общем участке обмотки а—x; протекает ток I12, представляющий геометрическую сумму почти противоположных по фазе токов I1 и I2. Если коэффициент трансформации мало отличается от единицы, то токи I1 и I2 по величине близки один к другому и получается ток I12 малой величины. Это обстоятельство позволяет часть обмотки автотрансформатора выполнять проводом меньшего сечения.
Ток на общем участке обмотки с достаточной степенью точности равен:
I12 = I2 — I1·
В автотрансформаторе только часть мощности электромагнитным путем передается из первичной стороны во вторичную, остальная часть электрически перетекает во вторичную сторону. Чем ближе коэффициент трансформации автотрансформатора к единице, тем большая часть мощности электрическим путем передается во вторичную сторону.
При одинаковом потоке и индукции сечения стержней в автотрансформаторе и обычном трансформаторе равны.
Число всех витков обмотки автотрансформатора равно числу витков лишь обмотки ВН двухобмоточного трансформатора. Кроме того, часть обмотки автотрансформатора изготовляют из провода меньшего сечения. Расход меди на обмотки значительно меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе такой же мощности. Меньший расход обмоточного материала требует меньшего пространства для его размещения в окне автотрансформатора.
В автотрансформаторе напряжение короткого замыкания меньше, чем в обычном трансформаторе. Поэтому и меньше изменение вторичного напряжения, но больше ток короткого замыкания, чем в двухобмоточном трансформаторе. Существенный недостаток автотрансформаторов — электрическая связь обмоток высшего и низшего напряжений. Это требует выполнять изоляцию всей обмотки от корпуса по уровню высшего напряжения. Кроме того, в условиях эксплуатации возникает опасность попадания высшего напряжения на сторону низшего напряжения.
Автотрансформаторы применяют в электрических системах для связи разных напряжений, пуска асинхронных и синхронных двигателей и в лабораторных установках для получения регулируемого напряжения.
В регулируемых автотрансформаторах изменения напряжения достигают изменением числа витков вторичной стороны переключателем или скользящим щеточным контактом, он перемещается по виткам обмотки, очищенной с одной стороны от изоляции. Так устроены лабораторные автотрансформаторы типа ЛАТР (рис. 67, б).
Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис. 68) применяют для расширения пределов измерения электроизмерительных приборов в цепях переменного тока и повышения безопасности их обслуживания в установках высокого напряжения. Их используют в цепях релейной защиты, автоматики и сигнализации.
Измерительный трансформатор тока (рис. 68, а, б) состоит из магнитопровода и обмоток. Первичная обмотка имеет один или несколько витков относительно большого сечения и включается в цепь измерительного тока последовательно. Вторичная обмотка содержит большое число витков сравнительно малого сечения. В цепь этой обмотки последовательно включают амперметры, токовые катушки ваттметров, счетчиков электрической энергии, фазометров и реле. Электрическое сопротивление указанных приборов незначительно. Поэтому трансформатор тока нормально работает в условиях, близких к режиму короткого замыкания. Трансформаторы тока изготовляют на первичные токи от 5 до 15000 а. Вторичные номинальные токи имеют два стандартных значения: 1 и 5а. Отношение номинальных токов первичной и вторичной обмоток называют номинальным коэффициентом трансформации трансформатора тока и в виде дроби указывают на паспортной табличке.
Рис. 68. Измерительные трансформаторы:
а, б — измерительный трансформатор тока; в, г — измерительный трансформатор напряжения
Трансформаторы тока вносят в результаты измерений свою погрешность и в зависимости от нее величины делят на пять классов точности: 0,2; 0.5; 1; 3 и 10. Цифра указывает погрешность по току, выраженную в процентах. На паспортной табличке трансформатора тока указывают тот наивысший класс точности, в котором данный трансформатор может работать. Каждому классу точности соответствует определенная вторичная нагрузка. Если фактическая нагрузка больше, погрешность увеличится.
При использовании трансформатора тока в цепях высокого напряжения кожух и один вывод вторичной обмотки заземляют.
Если разомкнуть вторичную обмотку работающего трансформатора тока, он попадет в режим холостого хода. Ток в первичной обмотке будет прежним, но станет полностью намагничивающим и вызовет резкое увеличение магнитного потока, возрастут магнитные потери, что приведет к перегреву магнитопровода, опасному для изоляции.
Пропорционально магнитному потоку возрастет э. д. с. вторичной обмотки и может достигнуть значений, опасных для обслуживающего персонала. Поэтому размыкать вторичную цепь работающего трансформатора тока нельзя.
Трансформаторы тока должны выдерживать (без чрезмерного перегрева обмоток и их механических деформаций) кратковременные аварийные повышения первичного тока, возможные в условиях эксплуатации.
По способу выполнения первичной обмотки трансформаторы тока бывают одно- и многовитковые; по виду изоляции — сухие, масляные и с литой изоляцией из синтетических смол.
Измерительные трансформаторы напряжения (рис. 63, в, г) применяют в установках переменного тока напряжением 380 в и выше. По своему устройству они почти не отличаются от обычных силовых понижающих трансформаторов. Первичная обмотка имеет большое число витков малого сечения и включается параллельно сети, в которой делают измерения; вторичная обмотка имеет меньшее число витков большего сечения. В цепь вторичной обмотки включают вольтметры, частотомеры и параллельные катушки ваттметров, счетчиков электрической энергии, фазометров, реле. Электрическое сопротивление этих приборов велико. Поэтому трансформатор напряжения работает нормально в режиме, близком к холостому ходу.
Трансформаторы напряжения изготовляют на первичное напряжение от 380 до 500 000 в. Число витков в обмотках выбирают таким, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичное было равно 100 в. Отношение номинального первичного напряжения к номинальному вторичному напряжению называют коэффициентом трансформации напряжения.
В зависимости от величины допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы напряжения делят на три класса точности: 0,5; 1; 3. Цифра означает погрешность по напряжению, выраженную в процентах.
Трансформаторы напряжения бывают одно- и трехфазными. При напряжении до 3000 в их делают сухими с естественным воздушным охлаждением, а при более высоких напряжениях — с масляным охлаждением.
Для безопасности один из выводов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.
