Дәріс конспектісі

Дәріс тақырыбы: Трансформаторлардың арнайы типтері. Автотрансформаторлар. Өлшеуіштік трансформаторлар. Жарылуға қауіпсіз трансформаторлар. Дәнекерлеу трансформаторлары. Реакторлар

Автотрансформатор дегенімізорамдарының бір бөлігі бірінші ретті тізбеккке де екінші ретті тізбекке де қатысы бар трансформатор. Автотрансформатордың схемасы 4.1-суретте көрсетілген.

Автотрансформатордың бос жүріс режимі ( ) кәдімгі трансформатордың бос жүріс режимінен еш айырмашылығы жоқ.

Бірінші ретті кернеу бірінші ретті орама тармақтарында біркелкі таралатын болғандықтан, екінші ретті кернеу:

мұндағы — автотрансформатордың трансформациялау коэффициенті.

Қысқа тұйықталу кезінде оның бірінші ретті тізбегінен тогы, ал екінші ретті тізбектен , - тогы өтеді.

Егер орамдар және қарапайымтрансформатордағы секілді байланыспаған болса, онда магниттендіру тогын ескермей мына теңдеулерді жазуға болады:

Автотрансформаторда тогы ораманың бөлігінен ғана өтеді. Ал ортақ орамнан тогы өтеді. Сонымен төмендеткіш автотрансформаторда тогы орамның ортақ бөлігімен , тогына кері, тогымен бір бағытта өтеді

Егер автотрансформатордың қысқа тұйықталу кезіндегі параметрлерін қарапайым трансформатормен салыстырсақ, мыналарды алуға болады: трансформатордың мыс сымындағы қуаттар шығыны .

Автотрансформаторда тогы, учаскесімен өтеді, оның активті кедергісі:

.

Сәйксінше .

орамалары қарапайым трансформатордың тогы өтетін бөлігіндей болып табылатын тогы бар екінші ретті орама ретінде қарастырылады.

Сонымен автотрансформаторды кәдімгі трансформатор ретінде қарастыруға болады.

Бұл кезде қуаттар шығыны:

Осы қатынаспен автотрансформатор орамаларының мысының салмағы да өзгереді. Индуктивті кедергісі:

Сәйкесінше, қысқа тұйықталу кезінде автотрансформатор кернеуі:

Автотрансформатордың қысқа тұйықталу үшбұрышының қабырғалары қарапайым трансформатордікіне қарағанда есе кіші.

Автотрансформаторға берілетін қуаттың бір бөлігі екінші ретті тізбекке орамы арқылы өтетін электромагнитті энергия ретінде, ал қалған бөлігі орамы арқылы өтетін эленктрлік қуат ретінде тасымалданады, сәйкесінше:

.

Автотрансформатордың векторлық диаграммасы мен ауыстыру схемасының қарапайым трансформатордікінен айырмашылығы жоқ. Автотрансформатордың ПӘК жоғары мәндері арлыққа сәйкес келеді.

Автотрансформаторлардың кемшілігі қарапайым трансформатормен салыстырғанда, олардың қысқа тұйықталу тогының жоғарылығы және кіші мәні кезінде үлкен кернеудің екінші ретті тізбекке өтіп кету ықтималдығы.

Қуаты аз автотрансформаторлар автоматика схемаларында, радиоэлектроникада, байланыс жүйелерінде қолданылады. Түйіспесі жылжымала автотрансформаторлар лабораторялық мақсаттарда кеңінен қолданылады. Олар екінші ретті тізбектегі кернеуді 0 ден 1,21U₁ аралықта реттеуге мүмкіндік береді.

Өлшеуіштік трансформаторлар

Жоғары кернеулі (1000 В-тен артық) және тогы үлкен қондырғыларда электрлік шамаларды тікелей өлшейтін құралдар жоқ. Себебі амперметрлер үшін өте жуан сымдар керек болатын болса, жоғары кернеуді өлшейтін құралдар күшті электромагнйттік өріске төзуі керек. Ал, күшті электромагниттік өрістен өлшеуіш құралдардың тетіктерін қорғау және жоғары кернеулік үшін күшті изоляция жасау техникалық оңай шешілетін мәселе емес.

4.2-сурет. Кернеу өлшеуіштік трансформатордың құрылысы жалғану схемасы.

Сондықтан төменгі кернеулі өлшеуіш құралдармен жоғары кернеулі тізбектердің электрлік шамаларын өлшеу үшін трансформаторлар қолданылады. Мұндай трансформаторларды өлшеуіштік трансформаторлар деп атайды. Өлшеушітік трансформаторларды қолдану амперметрлердің, вольтметрлердің және ваттметрлердің елшеу шектерін кеңейтеді. Трансформаторлардың кірмелік және шықпалық орамаларының арасында электрлік байланыс болмайтындықтан (автотрансформаторлардан басқа), өлшеуіштік трансформаторлар жоғары кернеулі тізбекті төмен кернеулі тізбектен бөліп тұрады. Ендше өлшеуіштік трансформаторлар төмен кернеулі өлшеуіш құралдарын және оларды қарайтын адамдарды жоғары кернеуден сақтайды.

Өлшеуіштік трансформаторлар кернеу өлшеуіштік трансформаторлар және ток өлшеуіштік трансформатор болып бөлінеді. Жалпы алғанда, құрылысы және әрекеттік парқы бойынша өлшеуіштік трансформаторлардың кәдімгі трансформаторлардан өзгешелігі жоқ.

Кернеу өлшеуіштік трансформаторлар бір фазалы немесе үш фазалы болады. Төмен кернеулі өлшеуіштік трансформаторлар ауамен тікелей қатысып салқындайды, ал жоғары кернеулі өлшеуіштік трансформаторлар май құйған құтыға салынып, май арқылы салқындатылады.

Кернеу өлшеуіштік трансформатордың кірмелік орамасы желінің кернеуіне жалғанады да, ал шықпалық орамасына темен кернеулі вольтметр немесе ваттметр мен электр энергиясын санауыштың кернеулік орамалары жалғанады (4.2-сурет). Сондықтан кірмелік ораманың орам саны көп болады да шықпалық ораманың орам саны кернеуі әдетте 100 В болатындай етіп алынады.

Электр желілерінің кернеулеріне сәйкесті 0,38 кВ/100В, 6/100, 10/100 т.с.с. мәндерге ие болады.

Әдетте өлшеуіштік трансформаторларда кірмелік ораманың кернеуі киловольтпен, ал шықпалық ораманың кернеуі вольтпен көрсетіледі.

Мысалы, 4.2-суреттегі вольтметр 98 В кернеу көрсетіп тұр делік. Сонда өлшеуіштік трансформатордың трансформация коэффициенті 10/100 болса, жоғары кернеулі электр желісінде кернеудің мәні қандай болғаны?

Электр желісінің кернеуі U₁ =k_UU₂= 1000/100 98=9800 В.

Сонымен, жоғары: кернеулі электр желісінің кернеуін өлшеуішті: трансформатор арқылы кәдімгі вольтметрмен өлшегенде, вольтметрдің көрсеткен кернеуін трансформация коэффициентіне көбейту керек. Ал, трансформация коэффициенті өлшеуіш аспаптардың бетінде жазулы болады.

Кернеу өлшеуіштік трансформаторлардың құжатында кірмелік: және шықпалық орамаларының кернеулерінен басқа оның өзегі бойынша дәлдік сыныбы және қуаты көрсетіледі. Мысалы, НТМК-10 кернеу өлшеуіштік трансформаторының кірмелік кернеуі 10 кВ, шықпалық кернеуі 100 В, ал қуаты 3-дәлдік сыныбында 5000 ВА, массасы 110 кг.

4.3-сурет. Ток өлшеуіштік трансформатордың

құрылысы мен жалғану схемасы (а) және шартты белгісі (б).

Ток өлшеуіштік трансформатордың кірмелік орамасы желілік сымға бірізді жалғанады, яғни тогын өлшейін деп отырған сымның тогы кірмелік орамамен жүруі керек (4.3 сурет). Сондықтан ток өлшеуіштік трансформатордың кірмелік орамасы жуан сымнан жасалады да орам саны өте аз болады (әдетте 1-2 орам). Ал, шықпалық ораманың орам саны тогы 5А болатындай етіп жасалады. Оған амперметр және ваттметр мен санауыштың токтық орамалары жалғанады. Амперметрдің және ваттметр мен санауыштың токтық орамаларының кедергілері өте аз болатындықтан шықпалық орама қысқа тұйықталу әлпінде істейді деп айтуға болады.

Трансформация коэффициенті

мұндағы I₂ — шықпалық ораманың тогы (әдетте барлық токтық трансформаторларда ол 5А-ге тең).

Трансформация коэффициенті бөлшек түрінде көрсетіледі: 15/5; 25/5; 75/5; т.с.с.

Токтық трансформаторлардың құжатында олардың түрі, мысалы, НПЛ-10 (мұндағы цифр кірмелік орама жалғанатын тізбектің кернеуін көрсетеді), кірмелік ораманың номинал тогы, дәлдік сыныбы, осы дәлдік сыныбындағы шықпалык орама тізбегінің кедергісі және массасы көрсетіледі.

Суреттегі амперметр 4А ток көрсетіп тұр делік. Егер трансформация коэффициенті 400/5 болса, жоғары кернеулі тізбектің С фазасында қандай ток жүріп тұр?

Кірмелік ораманың – тізбектің С фазасының тогы

,

мұндағы k₁ – токтық трансформация коэффициенті өлшеуіш аспаптың бетінде жазулы болады.

Әдетте кернеу өлшеуіштік трансформатор үш фазалы болса, ток өлшеуіштік трансформаторлар бір фазалы болады. Сондықтан үш фазалы тізбектің тогын өлшеу үшін үш токтық трансформатор қойылады.

Токтық трансформатордың шықпалық орамасының орам саны көп болатындықтан бос жүріс кезінде онда үлкен ЭҚК пайда болады. Сондықтан өлшеуіш аспаптарды ағытқан және олар ағытулы тұрған кезде сақтық үшін шықпалық ораманы қысқа тұйықтап қою керек және ол әрқашанда жерлестірілген болуы керек.

Дәнекерлеу трансформаторы

Электрмен дәнекерелеу деп – екі металл нәрсені электр тогымен қыздыру арқылы балқытып барып біріктіруді айтады. Электрмен пісірістіру кезінде электрод пен нәрсенің арасында электр доғасы пайда болады. Ал, электр доғасы материалдың ерекше күйі – плазма екені белгілі. Оның температурасы 5000...8000 К-ге дейін жетеді.

Электр доғасының вольт-амперлік сипаттамасы (4.4-сурет) тікқұлама болып келеді: әуелі тоқ аздап өскен кезде кернеу тез азаяды да (сипаттаманың em бөлігі) , кейін тоқ көбейген сайын ол өзгеріссіз дерлік қалады (сипаттаманың mn бөлігі). Сипаттаманың бұл бөлігінде доға орнықты жанып тұрады.

Электр доғасының сипаттамасынан доғаны тудыратын қондырғының вольт-амперлік сипаттамасы осындай болуы керек деген қорытынды туады. Сонымен қатар ол қондырғыда токты біршама реттеу мүмкіндігі болу керек. Өйткені массасы, қалыңдығы және материалдары әр түрлі нәрселерді балқыту үшін мәндері әртүрлі токтар керек.

Мұндай шарттарды дәнекерлеу трансформаторларының параметрлері мен сипаттамалары қанағатандыра алады. Басқа дәнекерлеу қондырғыларына қарағанда олар қарапайым, алып жүруге қолайлы және арзан. Сондықтан да дәнекерлеу трансформаторлары өндірісте кеңінен тараған.

4.4-сурет. Дәнекерлеу электр доғасының вольт-амперлік сипаттамасы.

Дәнекерлеу трансформаторларының басқа транформаторлардан құрылымдық айырмашылығы – олардың дәнекерлеу тогын реттейтін реактивті шарғысы болады. Бұл шарғы шықпалық орамаға бағыттас немесе қарсы жалғанады да жеке өзекке немесе кірмелік және шықпалық орамалармен ортақ ортақ өзекке орналасады. Бөлек өзекке орналасқан реактивті шарғы жұмыс кезінде өзекті дәнекерлеу трансформаторлары қолданылады (4.5-сурет) .

Шықпалық орамының кернеуі

мұндағы: – доғаның және реактивті шарғының кернеулері; Х – реактивті шарғының кедергісі; – дәнекерлеу тогы.

Бұл теңдеуден дәнекерлеу тогының

реактивті шарғының кедергісіне байланысты екені көрініп тұр. Ендеше реактивті шарғының кедергісін өзгерте отырып, дәнекерлеу тогын реттеуге болады. Реактивті шарғының кедергісін электрод пен нәрсе қысқа тұйықталған кезде шықпалық ораманың кернеуі тудыратын токқа есептеп алады

мұндағы – шықпалық ораманың қысқа тұйықталу тогы.

Реактивті шарғының кедергісі ондағы ауа саңылауының енін (суретте деп белгіленген) өзгерту арқылы реттеледі.

4.5-сурет. Дәнекерлеу трансформаторының схемалық құрылысы.

Саңылау кеңейген сайын реактивті шарғының ферромагнит өзегінің кедергісі артады. Егер магниттік кедергі артса, магнит тізбегі үшін Ом заңы бойынша, яғни

оның магнит ағыны азаяды ( мұнда – реактивті шарғының орам саны, ал –реактивті шарғының магнит өткізгішінің магниттік кедергісі).

Магнит ағынының азаюы өздік индукция ЭҚК-ін азайтады, ал өздік индукцияның азаюы шарғының индуктивтік кедергісінің азаюына әкеліп соғады. Егер индуктивтік кедергі азайса, онда дәнекерлеу тогы да азаяды.

Дәнекерлеу трансформаторларының құжатында олардың түрі, мысалы ТД-500, кірмелік ораманың номинал кернеуі ( В ), номинал дәнекерлеу тогы ( В), дәнекерлеу тогын реттеу аралығы (І=100...560 А), шықпалық ораманың бос жүріс кернеуі (60...76 В), шықпалық ораманың номинал кернеуі ( В), номинал қуаты ( кВА) және массасы (120 кг) келтіріледі.