Вопрос 31. Автотрансформатор. Назначение, устройство, принцип действия. Мощности автотрансформатора. Достоинства и недостатки.

Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь, поэтому мощность с первичной обмотки во вторичную передается не только по магнитопроводу, но и через электрическую связь. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Регулировка напряжения в автотрансформаторах осуществляется как переключателями, изменяющими вводимое число витков во вторичной цепи, так и посредством скользящего контакта, перемещающегося непосредственно по виткам обмотки. Предназначен для поддержания в ручном режиме номинального напряжения на нагрузке.

Мощность, передаваемая первичной обмоткой во вторичную цепь автотрансформатора, будет равна:S = I2 U2 Учитывая, что I₂ = I₁ + I₁₂, ее можно записать в виде:

Здесь U2 I1 = SЭ, есть мощность, поступающая во вторичную цепь электрическим путем, U2 I12 = Sм – мощность, поступающая во вторичную цепь посредством магнитного потока. Следовательно, в автотрансформаторе посредством магнитного потока передается только часть мощности, что дает возможность уменьшить поперечное сечение магнитопровода. Магнитные потери при этом также уменьшаются. При меньшем поперечном сечении магнитопровода уменьшается средняя длина витка обмотки, следовательно, вновь уменьшается расход обмоточной меди и снижаются электрические потери.

Преимущества автотрансформаторов 1. Меньший расход меди, стали, а также изоляционных материалов и меньшая стоимость по сравнению с трансформаторами той же мощности. 2. Меньшая масса и габариты позволяют создавать трансформаторы больших мощностей. 3. Автотрансформаторы имеют меньшие потери и больший КПД. 4. Имеют лучшие условия охлаждения. Недостатки автотрансформаторов 1. Необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ.2. Сложность регулирования напряжения.3. Опасность перехода атмосферных перенапряжений с одной обмотки на другую из-за электрической связи обмоток.

Вопрос 32. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения: с подвижным сердечником, с дополнительными магнитными шунтами. Назначение, устройство, принцип действия. Трансформатор с подвижным сердечником. Принцип работы такого трансформатора показан на рисунке. Первичная обмотка выполнена в виде двух катушек, уложенных в кольцевые выемки магнитопровода. Вторичная обмотка намотана на подвижной части сердечника, который расположен внутри неподвижной части магнитопровода. Магнитные потоки, создаваемые катушками первичной обмотки, направлены встречно друг другу. Поэтому при среднем положении сердечника они компенсируют друг друга и ЭДС вторичной обмотки и, следовательно, U2 равны нулю. При смещении подвижного сердечника влево или вправо по нему начинает проходить магнитный поток и наводиться ЭДС вторичной обмотки. Таким образом, изменяя положение подвижного сердечника, можно регулировать вторичное напряжение U2.

Трансформатор с дополнительными магнитными шунтами. Принцип действия такого трансформатора основан на управлении основным магнитным потоком с помощью магнитных шунтов (дополнительных стержней магнитопровода с обмотками). Когда ток подмагничивающей обмотки Iш равен нулю, основной магнитный поток Ф₀ будет замыкаться как по магнитному шунту, так и по основному стержню, на ктором расположена вторичная обмотка. Причем большая часть магнитного потока пойдет по магнитному шунту. Напряжение вторичной обмотки будет минимально. При увеличении Iш будет вырастать магнитный поток и, следовательно, его магнитное сопротивление шунта. Поэтому магнитный поток, принизывающий вторичную обмотку, а значит, и U2 будут возрастать. Таким образом управляя Iш изменяем вторичное напряжение U2.

 

Вопрос 33. Трансформаторы для выпрямительных устройств. Назначение и особенности работы. При использовании трансформаторов в выпрямителях в цепи их вторичных обмоток включают электрические вентили, пропускающие ток только в одном направлении. Работа трансформатора совместно с вентильными устройствами имеет свои особенности: 1) форма кривых токов в обмотках несинусоидальная, 2) при некоторых схемах выпрямления имеет место дополнительное подмагничивание сердечника трансформатора, Возникновение высших гармонических в кривых токов происходит по следующим причинам: 1) вентили, включенные в цепи отдельных фаз вторичной обмотки, пропускают ток только в течение части периода, 2) на стороне постоянного тока преобразователя обычно включают сглаживающий дроссель значительной индуктивности, при котором токи в обмотках трансформатора имеют форму, близкую к прямоугольной. Высшие гармонические токов вызывают дополнительные потери в обмотках и магнитопроводе, поэтому во избежание перегрева вынуждены увеличивать габаритные размеры и массу трансформаторов в схемах выпрямления. Дополнительное подмагничивание сердечника трансформатора имеет место при использовании однополупериодных схем выпрямления.

Вопрос 34. Сварочные трансформаторы. Назначение, особенности, и виды конструкции. Принцип действия. Режимы работы. Сварочные трансформаторы предназначены для ручной дуговой сварки, а так же резки и наплавки малоуглеродистых и низколегированных сталей покрытыми электродами на переменном токе.

Трансформатор для дуговой электросварки, обычно называемый сварочным трансформатором, представляет собой однофазный двухобмоточный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В в напряжение 60-70 В, необходимое для надежного зажигания и устойчивого горения электрической дуги между металлическим электродом и свариваемыми деталями. Специфика работы сварочного трансформатора состоит в прерывистом режиме его работы: зажиганию электрической дуги предшествует короткое замыкание вторичной цепи трансформатора, а обрыв дуги создает режим холостого хода. Номинальный режим работы трансформатора соответствует устойчивому горению электрической дуги. Однофазный сварочный трансформатор обычно имеет стержневой магнитопровод, цилиндрические первичную и вторичную обмотки, каждая из которых состоит из двух одинаковых катушек. Электрическая энергия сети подается на первичную обмотку и преобразуется в ней в энергию магнитного потока, которая по магнитопроводу передается вторичной обмотке, где снова преобразуется в электрическую и подается на сварочную дугу. Число витков вторичной обмотки меньше, чем у первичной, следовательно, трансформатор понижает сетевое напряжение до необходимого при сварке. В зависимости от электромагнитной схемы и способа регулирования различают следующие конструкции:- Трансформаторы амплитудного регулирования с нормальным рассеянием, - Трансформаторы амплитудного регулирования с увеличенным рассеянием, - Трансформаторы фазового регулирования (тиристорные)