можно было бы включить реактивную катушку с подходящим реактивным сопротивлением или, в крайнем случае, активное сопротивление. Вообще рекомендуется, чтобы нормальные мощности параллельно работающих трансформаторов относились друг к другу не более, как 3:1 и даже 2:1.

Для трансформаторов, изготовляемых на заводах СССР, Общесоюзный стандарт (ОСТ 4815) рекомендует значения напряжения короткого замыкания в процентах от номинальных напряжений той же обмотки, приведенные в таблице 14.

ТАБЛИЦА 14.

Напряжения короткого замыкания трансформаторов.

Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения kV

Номинальные мощности kVA

однофазные трансформаторы

Напряжение короткого замыкания

7о

5000 5000

5 000-37 500 5 000-37 500 10 500-37500

5,5 5,5 10 5,5 10 10 6,5 7

7,5 8

10,5 13

Примечание: См. также в конце книги .Извлечения из ОСТ 4815.

§ 79. Вопросы для самопроверки.

1. Каковы условия параллельного включения однофазных трансформаторов?

2. Как соединяются между собою концы обмоток параллельно включенных однофазных трансформаторов?

3. Каковы условия параллельного включения трехфазных транс форматоров?

4. Можно ли соединить параллельно трансформаторы с обмотками: звезда - звезда и звезда - треугольник?

5. Каким условиям должны удовлетворять параллельно соединяемые трансформаторы для того, чтобы они нагружались пропорционально их номинальным мощностям?

6. Как изобразится диаграмма параллельно работающих трансформаторов?

7. Для двух однофазных трансформаторов мощностью 100 kVA с напряжениями V, : Kj = 11 ООО : 460 V имеются следующие данные опыта короткого замыкания;

в) броневой ..........

Оба трансформатора соединены параллельно со стороны высшего и низшего напряжения, причем доставляют сети мощность 186 kW при коэфициенте мощности cos = 0,9. Какой ток, в процентах от номинального, дает каждый из трансформаторов?

глава девятнадцатая.

АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ И РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ.

§ 80. Автотрансформаторы.

Автотрансформатор по своему устройству отличается от обычного трансформатора тем, что первичные и вторичные обмотки его не разобщены друг от друга, а, наоборот, соединены между собою электрически так, как будто вторичная обмотка составляет часть

Рис. 160.

первичной (рис. 160Ь). Для того чтобы уяснить работу автотрансформатора, предположим, что мы имеем трансформатор с одною лишь первичною обмоткою, содержащею витков (рис. 160а). Если к зажимам АХ обмотки присоединить цепь с приемниками, то от источника тока пойдет ток / который будет равен намагничивающему току /о и току приемников 1. Пренебрегая намагничивающим током, мы можем сказать, что ток приемников равен току источника тока. Мощность приемников в этом случае непосредственно получается от источника тока.

Предположим теперь, что цепь приемников соединена с частью обмотки аХ, содержащей витков (рис. 160Ь). В таком случае первичный ток / направляясь в приемники, пройдет по другой части обмотки Аа, содержащей Wy = w - Wi витков, где - число витков всей обмотки АХ. Этот ток нарушит магнитное состояние трансформатора, которое ранее соответствовало намагничивающим ампер-виткам /о дао-Следствием этого в части обмотки аХ индуктируется ток /f такой

силы и такого направления, что его ампервитки почти равны ампер-виткам первичного тока, т. е.

Как и в обычных трансформаторах, индуктируемый ток / является вторичным током; он прямо противоположен первичному току (рис. 160Ь). Так как токи Д и lt в точке а обмотки сходятся, то в цепи приемников или во вторичной цепи пойдет ток h, равный сумме их, т. е.

Из равенства ампервитков, т. е. из равенства IiWi = It.i,Mb\ можем определить силу тока I.:

Таким образом ток вторичной цепи будет равен

Последнее равенство показывает, что соотношение между токами первичной и вторичной цепей такое же, как и у двухобмоточного

трансформатора с коэфициентом трансформации и = -. Сравнивая, однако, автотрансформатор с обычным трансформатором, мы найдем в их работе принципиальную разницу. В самом деле, у обычного трансформатора вторичная мощность, равная 22 полностью получается трансформацией, т. е. перебрасывается с первичной обмотки на вторичную магнитным потоком. У автотрансформатора вторичная мощность равна

v,h=yih-v4-u.

Как видно из последнего равенства

вторичная мощность автотрансформатора составляется из двух частей: мощности К2Л которая переносится первичным током /, непосредственно во вторичную цепь, ибо обе цепи соединены электрически, и мощности VJit которая получается трансформацией при участии магнитного потока.

Объем и вес автотрансформатора определяется главным образом трансформируемой мощностью. Имея в виду, что трансформируемый ток

*дао

где ti = ~--коэфициент трансформации, имеем

Следовательно трансформируемая мощность

V.hiV.h

Из полученного выражения следует, что трансформируемая мощ-

/ 1 \

ность составляет только II--1 часть вторичной (или первичной) мощности 2- Следовательно автотрансформатору нужно дать размеры как обычному трансформатору, имеющему мощность

Pi[i-ТГ/ ближе отношение - к единице, т. е. чем ближе

и к единице, тем легче и дешевле автотрансформатор сравнительно с трансформатором. Например, при =2 трансформируемая мощность автотрансформатора

Vht=-P.[l-\)=\P.,

т. е. автотрансформатор может быть рассчитан на мощность, вдвое меньшую сравнительно с обычным трансформатором. Наоборот, если обычный трансформатор с коэфициентом трансформации ы = 2 превратить в автотрансформатор с тем же коэфициентом трансформации, то последний может дать вдвое большую мощность; при н=1,2 он может дать в шесть раз большую мощность; при =1 автотрансформатор превращается в дроссельную катушку (см. рис. 160а).

автотрансформаторы целесообразно применять при невысоких коэфициентах трансформации. В цепях высокого напряжения разница в напряжениях первичной и вторичной сторон допускается обычно не более, чем в 25Vo.

Автотрансформатор может быть не только понизительным, но и повысительным. На рис. 160с изображена схема повысительного автотрансформатора с указанием токов в частях его обмотки. В части Аа проходит ток вторичной цепи h- Ампервитки части обмотки Аа, равные /2да2, уравновешиваются ампервитками части обмотки аХ, равными htv Это равновесие будет при условии, что ток /2; прямо противоположен по направлению току h- Имея это в виду, мы получаем для узла X равенство

ht = h-I,

или

Если напряжение части обмотки Аа обозначить чере§ AV, то

К, = К, + ДК Вторичная же мощность будет

Часть этой мощности /Д К является трансформаторной; на эту мощность и рассчитывается автотрансформатор как трансформатор.

Коэфициент полезного действия автотрансформатора выще коэфициента полезного действия соответствующего ему nj мощности двухобмоточного трансформатора, так как потери в меди у первого меньше, чем у второго. Коэфициент полезного действия для двухобмоточного трансформатора и для автотрансформатора (понизительного, рис. 160Ь) можно написать в следующем виде:

Vj h cos

- Vi Ii cos ср, 4- R, + Ii Ri -H Рж

и

Vi lo cos <?а

Vi Ii COS 9, + (/?, -Ri) + {h-+ Рж

В этих выражениях /j и - токи первичной и вторичной цепей, Ri и -сопротивления первичной и вторичной обмоток двухобмоточного трансформатора, /?, - Ri-сопротивление обмотки автотрансформатора с током / Ri - сопротивление обмотки автотрансформатора с трансформаторным током =/2-/j, Рж - потери в железе.

Из последнего выражения следует, что коэфициент полезного действия автотрансформатора больше, чем трансформатора, так как потери в меди в нем меньше. Далее следует, что коэфициент полезного действия тем больше, чем ближе коэфициент трансформации к единице, т. е. чем меньше разности Ry-Ri и /j - /,.

Экономические выгоды автотрансформатора в значительно i мере ослабляются недостатками его в отношении эксплоатационном. Электрическая связь цепи низкого напряжения с цепью высшего напряжения создает опасность для обслуживающих цепь низшего напряжения и требует более высокой степени изоляции приборов в этой последней цепи. Всякого рода перенапряжения в линии высокого напряжения могут проникнуть в цепь низкого напряжения и разрушительно воздействовать на аппаратуру низкого напряжения.

Помимо этого токи короткого замыкания у автотрансформаторов могут иметь более тяжелые последствия, чем у двухоб-моточ-ных трансформаторов. В самом деле, если при коэфициенте трансформации и = 2, мощность автотрансформатора равна 100 kVА, то размеры его будут соответствовать размерам двухобмоточного трансформатора мощностью 50 kVA. Поэтому ток короткого замыкания автотрансформатора, соответствующий мощности 100 kVA (а не мощности 50 kVA) может иметь более тяжелые последствия, чем у двухобмоточного трансформатора мощностью 100 kVA.

§ 81. Диаграмма электродвижущих сил и токов автотрансформатора.

Диаграмму электродвижущих сил автотрансформатора можно построить, имея в виду, что его можно рассматривать как обычный трансформатор, у которого первичная обмотка имеет да, витков (на рис. 1бОЬ часть Аа), а вторичная обмотка имеет да витков (на рис. 160Ь часть аХ). Первичный ток у этого трансформатора / а

вторичный ток 1ц = 1у^ и коэфициент трансформации и'=.

На рис. 161 изображена диаграмма автотрансформатора для случая индуктивной нагрузки, когда вторичный ток смещен по фазе относительно вторичного напряжения на угол 92-На этой диаграмме Ос - вектор электродвижущей силы Ei, индуктируемой во вторичной обмотке аХ (рис. 160Ь); с/-вектор падения напряжения в реактивном сопротивлении этой обмотки, т. е. InXi, fp - вектор падения напряжения в реактивном сопротивлении внешней цепи liX; gf- вектор падения напряжения в активном сопротивлении обмотки аХ, равный litRi, Og - вектор вторичного напряжения Vi, Ot - вектор вторичного тока /j, приведенного к первичной обмотке, т. е. тока

11 = 1ц-; Оа - вектор намагничивающего

тока; Ob - вектор первичного тока /,; Od - вектор первичной электродвижущей силы Еу, индуктируемой в первичной обмотке Аа

и равной Ei; de и ek - векторы падений да,

напряжения в активном и реактивном сопротивлениях обмотки Аа; Ok - вектор первичного напряжения Vy, приложенного к обмотке Аа.

Полное первичное напряжение Vy, т. е. напряжение у зажимов АХ (рис. 160Ь), изображается вектором gk.

На рис. 162а приведена схема включения трехфазного автотрансформатора с обмотками, соединенными звездой, причем для защиты вторичной сети от перенапряжения, могущего появиться в первичной цепи, нейтраль соединена с землею через роговой разрядник. Такая же защита вторичной цепи необходима и при однофазном автотрансформаторе: через роговой разрядник с землею соединяется линия, являющаяся общей для обеих цепей.

На рис. 162Ь приведена схема включения трехфазного автотрансформатора с обмотками, соединенными треугольником, на рис. 162с приведена схема трехфазного автотрансформатора со смешанным соединением обмоток.

Рис. 161.

§ 82. Трансформаторы с переменным коэфициентом

трансформации.

При установке трансформаторов в разных пунктах первичной сети может случиться, что напряжение этих пунктов неодинаково и не соответствует тому первичному напряжению, при котором вторичное напряжение было бы нормальным. Например, если первичное напряжение несколько ниже нормального первичного напряжения, то при неизменном коэфициенте трансформации трансформатора вторичное напряжение будет также ниже нормального. Для того чтобы получить во вторичной цепи напряжение, возможно близкое к нормальному, сетевые трансформаторы выполняются с обмотками, имеющими не одно, а несколько ответвлений, отходящих от разных точек обмотки. Беря то или иное ответвление, т. е. включая в цепь то или иное число витков обмотки, можно изменить коэфициент трансформации трансформатора и получить надлежащее вто-

ричное напряжение.

.? ? / jf Так как в рас-

сматриваемом случае речь идет не о регулировании вторичного напряжения, а только о подборе надлежащей величины его, то число ответвлений у обмотки может быть невелико-одно-два. Добавочные ответвления может иметь или первичная, или вторичная обмотка. Предположим, например, что имеется трансформатор с напряжением 3000/220 V, который устанавливается в пункте первичной сети с напряжением 2850 V, т. е. на 5% меньшим нормального. Чтобы получить вторичное напряжение 220 V, можно иметь на вторичной обмотке добавочное ответвление, включающее 57 лишних витков вторичной обмотки. Но можно иметь на первичной обмотке добавочное ответвление, выключающее 57о первичной обмотки, т. е. вводящее в цепь 95% первичных витков. Для того чтобы сечение отводящих ток проводников было невелико и выводы получались небольшими, добавочные ответвления устраиваются обычно у обмоток высшего напряжения. У трансформаторов небольшой мощности добавочные ответвления устраиваются иногда и у обмоток низшего напряжения.

Согласно общесоюзному стандарту ОСТ 4815 на обмотке высшего напряжения понижающих трансформаторов мощностью до 5600 kVA на напряжение до 35 kV устраиваются два дополнительных ответвления на±57о-

На обмотке высшего напряжения остальных трансформаторов как понижающих, так и повышающих устраиваются четыре дополнительных ответвления на ±2 - 2,57о-

На рис. 163а приведены схемы однофазной обмотки, снабженной

Рис. 162.

Ответвлениями. У первой обмотки ответвления взяты у концов Катушек, у второй обмотки - у средин катушек двух стержней. Второй способ выполнения ответвлений более рационален, так как дает меньшее нарушение симметрии обмоток, что вызывает добавочные механические усилия раза в 3-4 меньшие сравнительно с первым способом (см. далее о механических усилиях, действующих на обмотки).

На рис. 163Ь приведена схема трехфазной обмотки, снабженной добавочными выводами посредине катушек.

Рис. 163.

Предположим, что имеется повысительный трансформатор и требуется получить со стороны вторичной обмотки напряжение 3150 V. В таком случае мы должны соединить концы А' с Х, В' с Y vi С с Z. Если требуется получить напряжение 3000 V, то необходимо соединить концы А\ с X, В\ с К' и C с Z\ если, наконец, требуется получить напряжение 2850 V, то необходимо соединить концы А\ с Х„ В, с Y\ и С\ с Z\.

§ 83. Регулировочные трансформаторы.

Под регулировочными трансформаторами подразумеваются такие трансформаторы, у которых вторичное напряжение можно менять в широких пределах при постоянном первичном напряжении. Простейшими из них являются так называемые секционированные трансформаторы, т. е. такие, у которых вторичная обмотка снабжена несколькими выводами, кончающимися контактами, по которым скользит лапка ползунка, соединенного со вторичною цепью. На рис. 164а схематически изображен однофазный секционированный трансформатор с семью ступенями регулирования, причем приспособления для предотвращения разрыва цепи при переходе лапки с одного контакта на другой пока не дано (о них будет сказано дальше). Вторичная цепь начинается у зажимов аил; лапка УИ одним концом располагается на контактах выводов, а другим - на металлической пластине Л. Напряжение регулируется включением или выключением секционированной части вторичной обмотки.

Для того чтобы уменьшить число выводов, секционированную часть обмотки можно выполнить переключаемой таким образом, чтобы ее напряжение или складывалось с напряжением н^секциони-рованной части обмотки, или вычиталось из него. На рис. 164Ь переключение секционированной части обмотки производится переключателем S. Если переключатель 5 поставить на верхний контакт, то напряжение секционированной части будет вычитаться из напря-

жения несекционированной части обмотки; при положении переключателя на нижнем контакте напряжение секционированной части будет складываться с напряжением несекционированной части обмотки. Перемещением лапки М в обоих случаях можно менять вычитаемое или добавляемое напряжение.

На рис. 164с секционированная часть помещена в середине обмотки. Такое устройство делается у трехфазных трансформаторов

Рис. 165.

с вторичными обмотками, соединенными треугольником. Переключатель S выполняется в этом случае двухполюсным.

У трансформаторов большой мощности вторичное напряжение часто регулируется особыми секционированными, так называемыми вольтодобавочными трансформаторами (или бустерами), включаемыми в цепь главного трансформатора. На рис. 165 приведены две схемы включения секционированного вольтодобавочного трансформатора. В первой схеме вторичная обмотка вольтодобавочного транс-сформатора включена непосредственно в линию главного трансформатора, а первичная обмотка включена параллельно с линией. Во второй схеме вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора

включена в линию через сериес-трансформатор Т^. Переключателями 5 в обоих случаях можно напряжение вольтодобавочного транс форматора прибавлять или вычитать из напряжения главного трансформатора (не изображенного на рис. 165).

Для того чтобы при переходе лапки М с одного контакта на другой не прерывался ток и не было полного короткого замыкания секции, находящейся между соседними контактами, применяют особые дополнительные устройства. Одно из таких устройств схематически изображено на рис. 166. Секционированная часть вторичной обмотки снабжена двумя рядами контактов, по которым могут перемещаться две лапки и М^, соприкасающиеся одновременно и с своими ползунками. Ползунки через выключатели 5 - 5 соединяются с сопротивлением R. При переходе с одной ступени регулирования на другую левый выключатель S, размыкается и переставляется левая лапка Му, после чего выключатель 5 снова замыкается. Затем правый выключатель размыкается, и переставляется правая лапка на следующий контакт. В момент перехода с контакта на контакт ток в линии идет через сопротивление R. В рабочем положении обе лапки Му и М^ касаются контактов одного и того же вывода.

Второе устройство изображено на рис. 167. Вместо омического сопротивления включена реактивная катушка D, причем вторичная цепь начинается от середины катушки. Лапки Му и М^ нормально расположены на контактах, примыкающих к началу и концу одной секции. Таким образом реактивная катушка является делителем напряжения одной секции.

При переходе на новую ступень регулирования левый выключатель 5 размыкается, левая лапка Му (без тока) перемещается на соседний контакт, и выключатель S снова замыкается. То же проделывается и с правым выключателем 5 и правою лапкою М^. В период перемещения лапки с контакта на контакт вторичный ток проходит только через половину реактивной катушки. Так как железо катувдки сильно насыщается, то большого падения напряжения при этом не получается.

На рис. 168 схематически изображено весьма распространенное устройство для переключения секций регулировочного трансформатора, предложенное Янсеном. При нормальной работе переключатель S располагается на двух левых контактах, шунтируя сопротивление /?,. При перехо-

де на следующую ступень регулирования правая лапка М^, которая до этого не лежала на контакте, переводится на контакт, а затем переключатель 5 перебрасывается в правое положение. При своем повороте переключатель S на короткий промежуток времени соединяет последовательно сопротивления Ri и R; на эти сопротивления и будет замкнута переключаемая секция обмотки. В следующий момент цепь с сопротивлениями разомкнётся, но последовательно со вторичною цепью включится сопротивление R, которое затем переключателем 5 закорачивается.

Перемещение лапок и поворот переключателя согласуются с механической передачей, приводимой в действие или от руки, или небольшим электродвигателем.

Так как секционные переключатели Му и переключаются без

тока, то они часто помещаются в баке с маслом трансформатора. Переключатель же S, который разрывает цепь с током, помещается вне бака, так как получающаяся при разрыве цепи вольтова дуга загрязняла бы масло.

В виду того, что выключение части обмотки всегда сопровождается нарушением симметрии, которая вызывает добавочное магнитное рассеяние, добавочные механические усилия (см. далее), рекомендуется выключаемые секции брать не в одном месте вторичной обмотки, а по возможности равномерно в разных местах по длине сердечника. Выполнение такого трансформатора, однако, в значительной степени увеличивает его стоимость.

На рис. 169 изображен трехфазный регулировочный транс-с встроенными секционными переключателями.

Рис. 169.

форматор

§ 84. Регулировочный трансформатор с выдвижным сердечником завода Кох-Штерцеля.

Регулировочный трансформатор завода Кох-Штерцеля схематически изображен на рис. 170. Он состоит из полого железного якоря / - /, внутри которого может перемещаться железный сердечник К. В кольцевых выемках якоря заложены первичные обмотки А и В, включаемые к первичной сети так, чтобы магнитные потоки, создаваемые ими, были направлены навстречу друг другу. На сердечник К наложена вторичная обмотка С. В среднем положении сердечника К, как это представлено на рис. 170Ь, во вторичной обмотке С никакой электродвижущей силы не индуктируется. При перемещении сердечника вверх (рис. 170а) во вторичной

Рис. 170.

вторичное напряжение в

обмотке индуктируется электродвижущая сила одного направления, постепенно возрастающая по величине. При перемещении сердечника вниз (рис. 170с) в той же обмотке индуктируется также постепенно возрастающая по величине электродвижущая сила, но другого направления, так как эта обмотка пронизывается магнитным потоком, противоположно направленным по отношению к потоку первого случая.

Включая вторичную обмотку в линию по схеме рис. 171 и перемещая сердечник вверх и вниз, можно регулировать плавно

пределах V2 = V,--ДКи V = Vy - iiV, где V, и l/j -первичное

и вторичное напряжения и AV-наибольшее напряжение, индуктируемое во вторичной обмотке при совмещении обмотки С с обмоткой А или В.

Лучшее использование прибора получится при включении вторичной обмотки так, как она включается в автотрансформаторах, причем если требуется регулировать напряжение от нуля до нормального значения, то вторичную обмотку можно рассчитывать на напряжение, вдвое меньшее нормального, но на ток, равный нормальному. Схема включения для этого случая изображена на рис. 172: средние точки первичных обмоток А а В соединяются между собою и с одним концом вторичной обмотки С, другой конец которой соединяется с линией. Если напряжение первичной цепи 100 V, а вторичная обмотка рассчитана на 50 V, и кроме того конец вторичной обмотки соединен со средними точками первичных обмоток (делящими напряжение 100 V пополам), то в нижнем положении вторичной катушки регулируемое напряжение будет 50 - 50 = 0 V; в среднем положении вторичной катушки регулируемое напряжение будет 50 - 0 = 50 V, а в верхнем положении вторичной обмотки то же напряжение будет 50 +50= 100 V. Мощность автотрансформатора должна быть равна 50 /, где /-нормальный ток.

На рис. 173 изображена схема регулировочного трансформатора

-ллллллллллл*

-уЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ

Рис. 171.

в

ШЫШЫ-1

т

Рис. 172.

для трехфазного тока. Первичные обмотки трех однофазных трансформаторов соединены звездою; одни концы вторичных обмоток соединены с концами первичных обмоток, к которым подводится напряжение; другие же концы тех же вторичных обмоток подведены к сети, в которой регулируется напряжение.

Так как трансформатор Кох-Штерцеля применяется обычно в

качестве вольтдобавочного транс-

АЛЛЛ УУ\ЛЛ*-АЛЛЛЛЛЛЛЛЛу

А -*

в

форматора (см. схемы рис. 173), то вторичная обмотка его находится под током во всех положениях выдвижного сердечника. Вследствие этого вторичная обмотка создает вокруг себя поле рассеяния, особенно сильное в среднем положении сердечника (рис. 170Ь). Для того чтобы ослабить это поле рассеяния, на неподвижном якоре /-/ накладываются, кроме первичных обмоток Л и 5, еще дополнительные (на рис. 170 не показанные) обмотки, замкнутые накоротко. Токи, индуктируемые в этих обмотках, создают поле, направленное против поля рассеяния вторичной обмотки.

§ 85. Однофазный потенциальный регулятор.

Взаимное изменение первичной и вторичной обмоток трансформатора можно получить, используя не только прямолинейное дви-

-Tлwww/.-<vvwvWw.f

Рис. 17а

Рис. 174.

жение, как это имеется в только что описанном устройстве, но и круговое. Такое движение имеет место в так называемых потенциальных регуляторах однофазного и трехфазного тока.

Потенциальный регулятор однофазного тока по принципу действия представляет собою трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого могут принимать разные взаимные положения. По своей конструкции потенциальный регулятор подобен асинхронному двигателю однофазного тока. Точно так же, как и последний, он состоит из неподвижного железного кольца - статора, на котором помещена одна из индуктирующих обмоток (первичная или

- Vr---9

а

вторичная, смотря по включению) А - X и из железного кольца - )Отора -с другою индуктирующей обмоткой а - х (рис. 174а). отор расположен внутри статора и имеет возможность поворачиваться вокруг своей оси.

Если ротор повернуть так, чтобы ось его обмотки совметилась с осью обмотки статора (рис. 174а), то магнитный поток статора полностью пронижет вторичную обмотку ах. Если ротор повернуть так, чтобы ось его обмотки была перпендикулярна к оси обмотки статора (рис. 174Ь), то поток статора совершенно не пронижет вторичной обмотки. В первом случае во вторичной обмотке будет индуктироваться наибольшая электродвижущая сила; во втором случае никакой электродвижущей силы индуктироваться не будет.

В промежуточном положении обмотки ротора только часть силовых линий поля статора сцепляется со всеми витками обмотки ротора-на рис. 17с силовые линии 3 - 3; другая часть пройдет мимо обмотки или сцепится с некоторыми витками ее-на рис. 173с силовые линии 1 - 1 и 2 - 2. Вследствие этого электродвижущая сила в обмотке будет больше нуля, но меньше наибольшей. Таким образом, меняя положение вторичной обмотки ротора относительно первичной обмотки статора, можно получить вторичную электродвижущую силу в пределах от нуля до наибольшей.

Вторичная обмотка ротора может работать совершенно самостоятельно, не имея электрического соединения с первичной обмоткой статора, как это имеет место у трансформатора. Обычно же обмотки статора и ротора соединяются между собою так, как у автотрансформатора (рис. 175). Так как по отношению ко вторичной цепи обмотки статора и ротора соединены последовательно, то напряжение на зажимах вторичной цепи будет равно сумме или разности напряжений обеих обмоток в зависимости от того, в какую сторону повернута обмотка ротора от положения ее, при котором она не пронизывается потоком статора, т. е. от положения, изображенного на рис. 174Ь. В самом деле, если при повороте ротора относительно его положения, изображенного на рис. 174Ь, влево магнитный поток статора пронизывает обмотку ротора от витка т к витку п, то при повороте ротора вправо тот же поток в тот же момент времени будет пронизывать обмотку ротора от витка п к витку, т. Это значит, что если в первом случае электродвижущая сила в обмотке ротора была направлена, от начала а к концу х, то во втором случае она будет направлена от конца х к началу а. Таким образом в одном положении ротора напряжение обмотки ротора будет складываться с напряжением статора, а в другом положении оно будет вычитаться из напряжения статора.

Потенциальный регулятор однофазного тока с одною обмоткою АХ далеко несовершенен, так как обладает большим индуктивным сопротивлением при всех положениях ротора, кроме тех, когда оси обмоток совпадают. В самом деле, если ось обмотки ротора составляет с осью обмотки статора некоторый угол а, то только

Рис. 175.

часть потока ротора Ф^1 = Ф^ cos а, замыкающаяся по линиям / - 1 рис. 176, прямо противоположна потоку статора и им компенсируется. Другая часть потока ротора Ф22 = Ф2з!па, замыкающаяся по линиям 2 - 2, свободно пронизывает обмотку ротора и индуктирует в ней электродвижущую силу самоиндукции, т. е. повыщает ее индуктивное сопротивление (от поля рассеяния). Составляющая

поля ротора, направленная перпендикулярно к оси поля статора, называется часто поперечным полем. Чтобы ослабить поперечное поле ротора, на статоре располагается вторая, короткозам-кнутая, так называемая компенсационная обмотка/С-К, ось которой перпендикулярна к оси первой обмотки. Поперечный поток ротора Ф22, пронизывая короткозамкнутую обмотку К-К, индуктирует в ней ток такого направления, что создаваемый им поток почти целиком (до поля рассеяния) уничтожает поперечный поток. Таким образом реактивная составляющая напряжения сводится к электродвижущим силам от полей рассеяния во всех трех обмотках. Так как эти поля, вообще говоря, невелики, то коэфициент мощности подобного потенциального регулятора может быть довольно высоким (до 907о)

§86. Трехфазный потенциальный регулятор.

Если однофазный потенциальный регулятор по своей конструкции отличается от асинхронного двигателя однофазного тока только компенсационною обмоткою на статоре, то конструкция трехфазного потенциального регулятора ничем не отличается от конструкции асинхронного двигателя, имеющего ротор с фазною обмоткою. Отсутствуют только кольца, так как обмотка ротора соединяется с обмоткою статора гибким кабелем, допускающим поворот ротора на относительно большой угол. В противоположность однофазному потенциальному регулятору, у трехфазного потенциального регулятора первичное напряжение подводится к обмотке ротора (рис. 177). Делается это с тою целью, чтобы не удваивать числа гибких кабелей.

Явления в трехфазном потенциальном регуляторе несколько отличаются от явлений в однофазном потенциальном регуляторе, так как в рассматриваемом случае первичные обмотки, т. е. обмотки ротора, создают вращающееся магнитное поле. Это поле постоянно по величине, ибо соответствует постоянному первичному напряже-

/ г 3

. Ст у

Рис. 177.

нию, а потому и индуктируемые им электродвижущие силы в обмотках статора и ротора также постоянны по величине и не зависят от положения ротора. От положения ротора зависит только взаимный сдвиг их по фазе. В самом деле, пусть ротор находится в таком положении, что в некоторый момент времени ось вращающегося поля ОР совпадет с осью фазы статора А-X и с осью фазы ротора а - X (рис. 178а). В этот момент, как известно из теории вращающегося поля, ток в фазе ротора а - х имеет наибольшее значение. Через промежутки времени, равные одному периоду, ось вращающегося поля будет неизменно совпадать с осью фазы а - X ротора. Если бы ротор был повернут относительно вертикальной линии на некоторый угол, например на угол, равный 30° (рис. 17ЯЬ), то в рассматриваемые нами моменты времени ось вращающегося поля окажется повернутой относительно оси фазы А-X на тот же угол. Это следует из того, что, как бы мы ни перемещали ротор, ток в фазе его а-х будет иметь накболь-

Рис. 178а.

Рис. 178Ь.

шие значения через те же промежутки времени, что и раньше а потому ось вращающегося поля будет совпадать с осью обмотки а - X через те же промежутки времени, что и раньше.

Сравнивая относительное положение вращающегося поля и обмоток статора и ротора (рис. 178а и 178Ь), нетрудно видеть, что при первом положении ротора электродвижущие силы статора Ее и ротора Ер или совпадают по фазе, или же отличаются на 180°. При втором же положении ротора эти электродвижущие силы отличаются по фазе или на 30°, или же на 30- 180°, ибо вращающееся поле пронизывает обмотку статора А - X раньше, нежели обмотку ротора а - х. Так как обмотки статора и ротора соединены электрически по схеме рис. 177, то на зажимах вторичной цепи напряжение будет равно геометрической сумме электродвижущей силы обмотки статора и напряжения на зажимах ротора (если пренебречь падениями напряжения).

На рис. 179 представлено геометрическое сложение электродвижущих сил для четырех положений ротора. Первое положение: оси соответственных фаз статора и ротора совпадают, причем направление намотки витков их одинаково; второе положение: ротор

Рис. 179.

повернут в направлении вращения поля на 90° (электрических);

третье положение: ротор повернут на 180° (электрических или

геометрических, где /? -число пар полюсов); четвертое положение: ротор повернут на 180 - 90° по направлению вращения поля или

на 90° в обратном направлении. Изображенные на рис. 179 диаграммы показывают, что в зависимости от положения ротора напряжение у первичной цепи сдвигается по фазе относительно напряжения вторичной цепи на тот или иной угол. Перемещение ротора производится при помощи червячной передачи, которая должна быть рассчитана на преодоление момента вращения ротора.

Мощность потенциального регулятора определяется так же, как мощность автотрансформатора, т. е. эта мощность составляет

Рп., = Р, (l-),

где Ра - мощность вторичной цепи, а V, и - напряжения первичной и вторичной цепей.

Из рис. 179 видно, что регулируемое вторичное напряжение меняет свою фазу при разных положениях ротора. Это обстоятельство не может быть терпимо в тех случаях, когда потен- ф

циальный регулятор работает параллельно с каким-либо другим потенциальным регулятором или с трансформатором. Чтобы избежать смещения фазы вторичного напряжения, применяют или два отдельных потенциальных регулятора, или же один сдвоенный потенциальный регулятор, у которого роторы насажены на общий вал. Схема включения двух регуляторов указана на рис. 180а. Обмотки роторов соединены с первичною сетью таким образом, что магнитные поля, ими создаваемые, вращаются в разные стороны. В таком случае поворот роторов в одну сторону ц на один и тот же угол имеет следствием поворота векторов электродвижущих сил в статорах в разные стороны относительно вектора электродвижущей силы ротора. Диаграмма сложения напряжений показана на рис. 180Ь. Из этой диаграммы видно, что равнодействующее напряжение сохраняет свою фазу.

Рис. 180.

§ 87. Вопросы для самопроверки.

1. В чем заключается принципиальное отличие автотрансформатора от двухобмоточного трансформатора?

2. Как изображается диаграмма автотрансформатора?

3. Для какой цели обмотки трансформатора снабжаются добавочными выводами?

4. Что подразумевается под трансформатором с переменным коэфициентом трансформации?

5. Каковы схемы регулировочных трансформаторов?

6. Каково устройство и каково действие однофазного потенциального регулятора?

7. Для какой цели применяется у однофазного потенциального регулятора компенсационная обмотка?

8. Каково устройство и каково действие трехфазного потенциального регулятора?

глава двадцатая. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ.

§ 88. Сериес-трансформаторы.

Под сериес-трансформаторами подразумеваются такие трансформаторы, у которых первичная обмотка включается последовательно с питающим приемник первичным током, а вторичная включается на нагрузку (рис. 181). Легко видеть, что при разомкнутой вторичной цепи первичная цепь сериес-трансформатора превращается в реактивную каТушку, так как весь проходящий через нее первичный ток является в этом случае намагничива^ощим током. Когда же вторичная цепь будет замкнута на какое-либо сопротивление, ток вторичной обмотки окажет размагничивающее действие на сердечник трансформатора, другими словами, скомпенсирует частично действие первичного тока, и магнитный поток будет создаваться уже равнодействующим намагничивающим током, как у обычного трансформатора. Этот ток может быть значительно слабее первичного тока, вследствие чего магнитный поток, а следовательно, и напряжение на концах первичной обмотки будут при нагрузке меньше, нежели при разомкнутой вторичной цепи.

На практике сериес-трансформаторы работают часто при постоянном первичном токе. Предположим, что сила первичного тока в линии поддерживается генератором постоянной, каковы бы ни были изменения во вторичной цепи сериес-транформатора. Если пренебречь намагничивающим током, что при небольшом насыщении сердечника трансформатора вполне возможно, то из равенства ампер

п

Рис. 181.

витков первичной и вторичной обмоток, т. е. из равенства и\1у =

= wji следует, что при постоянном первичном токе вторичный ток должен быть также постоянным. Но вторичный ток

где - вторичное напряжение, а R, х^, и Z-активное, реактивное и полное сопротивления вторичной цепи.

Пренебрегая падениями напряжения в самом трансформаторе, можно, следовательно, написать

* да.

Из этого равенства следует, что при постоянном вторичном токе /г изменение полного сопротивления вторичной цепи Z влечет за собою изменение вторичного напряжения К а следовательно, и первичного напряжения К,. Таким образом у сериес-трансформа-тора, включенного в линию с постоянным по величине током, от нагрузки вторичной цепи зависит величина напряжения как вторичного, так и первичного. В этом отношении сериес-трансформатор нак бы противоположен обычному трансформатору, работающему при постоянном первичном напряжении, так как у последнею от вторичной нагрузки зависит величина вторичного и первичного токов.

Свойством сериес-трансформатора, включенного в линию с постоянным по величине током, менять напряжение у первичной обмотки путем изменений сопротивления вторичной цепи можно воспользоваться для целей регулирования полного напряжения линий высокого напряжения реостатами, построенными для низкого напряжения. В самом деле, если во вторичную цепь сериес-трансформатора включить реостат низкого напряжения, то изменение сопротивления его /?2 вызвало бы изменение активного сопротивления первичной цепи так, как будто в первичную цепь был включен непосред-

ственно реостат с сопротивлением Н\ -.

Практическое применение сериес-трансформаторов при работе с постоянным током в первичной цепи находит себе место при освещении длинных участков дуговыми фонарями или лампами накаливания током высокого напряжения. Само собою разумеется, что все дуговые фонари в этом случае должны быть одинаковы, так как они питаются одним и тем же током, соответствующим их конструкции. Когда все фонари находятся в действии, первичный ток равен сумме тока вторичнойцепи^ cepjiec-трансформатора Д и намагничивающего тока / , т. е. Ii = h + h, а общее напряжение линии равно сумме отдельных напряжений первичных обмоток. Если один фонарь погаснет, то напряжение первичной обмотки его трансформатора повысится (ибо он превратится в реактивную катушку с намагничивающим током /,>/(,). Вследствие этого при неизменном общем напряжении ток линии /, понизится, и фонари будут гореть в менее выгодных условиях, чем раньше. Напряжение первичной обмотки при включении фонаря повысится на не-

большую величину только в том случае, когда намагничивающий ток /о, вообще говоря, мало отличается от полного первичного тока Д, т. е. когда магнитный поток почти сохраняет свою величину. Практически это условие можно выполнить, взяв сердечник трансформатора с большим магнитным сопротинлением, т. е. или допустив большое магнитное насыщение или, же сделав в нем воздушный промежуток. Следует заметить, однако, что допускать слишком сильный намагничивающий ток у трансформатора невыгодно, так как это заметно понижает соз установки. Поэтому берут намагничивающий ток лишь настолько большим, чтобы выключение одного-двух фонарей еще не понижало в значительной степени первичный ток. Часто фонари снабжаются особым приспособлением, которое вводит во вторичную обмотку вместо потухшей дуги эквивалентное ей активное сопротивление.

§ 89. Измерительные трансформаторы.

А. Трансформаторы тока. При измерении переменного тока большой силы пользуются обычно трансформаторами тока (а не шунтами, как при постоянном токе). Первичная обмотка таких трансформаторов включается последовательно в цепь, в которой измеряется ток, а вторичная обмотка включается на амперметр. Таким образом трансформатор тока представляет собою сериес-трансформатор, работающий на вторичную цепь весьма малого сопротивления, т. е. почти с короткозамкнутого вторичною обмоткою. Из рассмотрения работы трансформатора при коротком замыкании (см. главу I) следует, что если пренебречь намагничивающим током при коротком замыкании, то

или

и

здесь - коэфициент трансформации трансформатора, Д и 4 - первичный и вторичный токи.

Измеряя ток во вторичной цепи Д и зная коэфициент трансформации трансформатора, легко определить ток в первичной цепи /,. Так как речь идет об измерении токов значительной силы амперметром небольшой силы тока, то коэфициент трансформации трансформатора тока всегда (и притом часто значительно) меньше единицы. При средних силах тока (до 250 А) первичная обмотка трансформатора тока представляем собою один-два витка из толстой медной ленты, наложенной на сердечник; при токах 500- 1000 А и выше первичная обмотка сводится к толстой шине, проходящей внутри железного кольца, несущего вторичную обмотку.

На рис. 182 изображен трансформатор для токов большой силы в полусобранном виде; медная шина укрепляется между планками