ТЯГОВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в производстве тяговых силовых трансформаторов для электрификации железнодорожного транспорта на переменном токе.
Известен тяговый трансформатор, содержащий трехфазный трехстержневой магнитопровод, первичную обмотку (ВН), соединенную по схеме симметричной трехлучевой звезды, и две вторичные обмотки (СН и НН), соединенные в замкнутый равносторонний треугольник (Л1). Обмотка ВН подключается к питающей сети, к обмотке НН подключается потребитель общего назначения, а обмотка СН обеспечивает электрическую тягу. Одна из вершин треугольника обмотки СН (например, «в») присоединяется к рельсам и заземляется, а две другие вершины (например, «а» и «с») порознь подключаются к контактным проводам.
Такая схема электрификации железной дороги на переменном токе даже при равномерном движении поездов в обоих направлениях создает несимметрию, так как тяговая нагрузка между контактными проводами отсутствует. Несимметрия нагрузки приводит к появлению тока обратной последовательности (50% от тока прямой последовательности) и к несимметрии напряжения в питающей сети, Кроме этого на 24% снижается длительная мощность тяги по сравнению с номинальным трехфазным режимом.
Для устранения этих недостатков предлагается тяговый трансформатор, специально предназначенный для электрификации железных дорог. У него тяговая обмотка СН выполнена двухфазной симметричной при угле сдвига фаз между векторами напряжения около 90 градусов в место прежних 60. Магнитная система и остальные обмотки (ВН и НН) остаются без изменения.
Предлагаемый трансформатор содержит трехфазный трехстержневой магнитопровод, стержни которого имеют одинаковые сечения, трехфазную симметричную первичную обмотку (ВН), соединенную по схеме трехлучевой звезды, и две вторичные обмотки (СН и НН), одна из которых (НН) соединена по схеме равностороннего треугольника, а другая вторичная обмотка (СН) соединена по схеме несимметричной трехлучевой звезды, один из лучей которой имеет в 2,5-3,0 раза меньшее число витков, чем два других. При этом угол между векторами двух междуфазных напряжений обмотки СН повышается примерно до 90 градусов, и трансформатор становится симметричным преобразователем трехфазного напряжения в двухфазное.
Предлагаемый трансформатор представлен на фиг.1.
Он содержит трехфазный трехстержневой магнитопровод 1, трехфазную симметричную первичную обмотку ВН, соединенную в трехлучевую звезду 2, трехфазную обмотку НН, соединенную в равносторонний замкнутый треугольник 3, и обмотку СН, соединенную в несимметричную трехлучевую звезду 4. Один из лучей обмотки СН имеет число витков, в 2,5-3,0 раза меньшее, чем два других. Первичная обмотка 2 предназначена для включения в питающую сеть, к обмотке 3 могут подключаться потребители общего назначения, а к обмотке 4 электрическая тяга. Фазный вывод от укороченного луча (например, «в») предназначен для заземления и присоединения к рельсам, а два других (например, «а» и «с») предназначены для подключения к контактным проводам. Левый путь питается от междуфазного напряжения «ав», а правый - от междуфазного напряжения «св».
Трансформатор работает следующим образом. Первичное напряжение от обмотки 2 трансформируется в обе вторичные обмотки 3 и 4. Угол между векторами напряжения «ав» и «св» обмотки 4 равен примерно 90 градусов, что является необходимым условием симметричности двухфазного напряжения. Обмотка 3, помимо питания потребителей общего назначения, своим циркулирующим током помогает при двухфазной тяговой нагрузке обмотки 4 получить симметрию токов в обмотке 2.
Предлагаемый тяговый трансформатор решает проблему симметрирования первичных токов без существенного увеличения материалоемкости. Расход стали у него такой же, а перерасход проводникового материала при соотношении мощностей обмоток 100%/100%/100% составляет менее 1%. При практически равной материалоемкости мощность нагрузки в режиме ВН-СН может быть повышена с 76% до 100%. Это выгодно отличает предлагаемый трансформатор от других типов преобразователей трехфазного напряжения в двухфазное (Л2). Он также отличается простотой конструкции, так как имеет обычный магнитопровод и обычную конфигурацию обмоток. Отличие состоит только в различном числе витков у разных фаз обмотки СН.
К недостаткам предлагаемого трансформатора можно отнести наличие дополнительных потерь в обмотке 3 от циркулирующего в ней тока. Однако этот ток невелик (30-40% от номинального), а дополнительные потери от него составляют 6-7% от суммарных потерь.
Источники информации:
1. Трехфазный трехобмоточный трансформатор ТДТНЖ-40000/110-81У1. Номер 03.03.15-91. Отраслевой каталог по электротехнике, Информэлектро, 1991.
2. А.М.Бамдас и др. Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз. ГЭИ, М-Л, 1961.