Трансформатор со сниженным значением намагничивающего тока при работе под нагрузкой

Полезная модель относится к области электротехники, к электромагнитным трансформаторам и касается однофазных и трехфазных силовых трансформаторов с повышенным рассеянием магнитного потока. Рассеяние магнитного потока обуславливает величину токов короткого замыкания и значение напряжения короткого замыкания. Поскольку напряжение короткого замыкания силовых трансформаторов, используемых на трансформаторных подстанциях, велико (от 5,5% до 12%), то их также можно отнести к трансформаторам с повышенным рассеянием магнитного потока. Значительное напряжение короткого замыкания снижает ток короткого замыкания.
Наиболее близким к заявляемому устройству является трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния магнитного потока, состоящий из магнитопровода, первичной и вторичной обмоток, намотанных на магнитопроводе раздельно [1].
Недостаток такого устройства - повышенный намагничивающий ток при работе трансформатора под нагрузкой.
Намагничивающий ток определяется величиной основного магнитного потока трансформатора. При работе трансформатора под нагрузкой он снижается на величину, пропорциональную падению напряжения на индуктивности рассеяния и активном сопротивлении первичной обмотки. Особенно сильно это будет сказываться именно у трансформаторов с повышенной индуктивностью рассеяния магнитного потока. Распределение падения напряжения на индуктивностях рассеяния первичной и вторичной обмоток зависит от размеров и расположения обмоток. При указанном расположении, поскольку геометрические размеры первичной и вторичной обмоток практически одинаковы, то и падения напряжения, приведенные к одному числу витков, будут примерно равными. Таким образом, при работе трансформатора под номинальной нагрузкой, намагничивающий ток снизится по сравнению с холостым ходом пропорционально половине падения напряжения на трансформаторе. Это снижение относительно невелико, что и определяет завышенный намагничивающий ток при работе под нагрузкой.
Предлагаемый трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния магнитного потока, состоит из магнитопровода, первичной и вторичной обмоток, намотанных раздельно на магнитопроводе, причем для снижения величины намагничивающего тока трансформатора под нагрузкой путем перераспределения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток в сторону преобладания индуктивности рассеяния первичной обмотки и увеличения падения напряжения на индуктивности рассеяния первичной обмотки от тока нагрузки, вторичная обмотка разделена пополам на две секции, а между половинками обмотки расположена неразделенная первичная обмотка.
Индуктивность рассеяния магнитного потока каждой обмотки пропорциональна квадрату числа витков, охватываемых магнитным потоком рассеяния. Первичную обмотку магнитный поток охватывает полностью. Вторичная обмотка разделена на две секции. Индуктивность каждой секции, приведенная к одному числу витков, в 4 раза меньше, поскольку секции содержат в 2 раза меньше витков, чем цельная первичная обмотка. При последовательном соединении индуктивности рассеяния отдельных секций складываются. В итоге суммарная приведенная индуктивность вторичной обмотки в 2 раза меньше индуктивности рассеяния первичной. Возможность перераспределения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток трансформатора исследована в литературе [2].
При работе трансформатора под нагрузкой имеет место падение напряжения на индуктивностях рассеяния отдельных обмоток. Падение напряжения на индуктивности рассеяния первичной обмотки велико, что определяет снижение напряжения, прикладываемое к намагничивающей ветви в схеме замещения. В результате намагничивающий ток при работе трансформатора под нагрузкой ниже, чем у прототипа.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что за счет изменения конструкции трансформатора с повышенным рассеянием магнитного потока, удалось добиться снижения намагничивающего тока под нагрузкой, за счет перераспределения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток в сторону преобладания индуктивности первичной обмотки.
Заявляемая полезная модель решает задачу снижения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой.
Заявляемое устройство отвечает требованию "новизна", так как имеет новый признак: вторичная обмотка разделена пополам на две секции, а между половинками обмотки расположена неразделенная первичная обмотка.
Технический результат заявляемого решения - снижение намагничивающего тока при работе под нагрузкой в трансформаторе с повышенным рассеянием магнитного потока за счет перераспределения индуктивностей рассеяния в сторону преобладания индуктивности первичной обмотки.
Технический результат достигается тем, что для снижения величины намагничивающего тока трансформатора под нагрузкой путем перераспределения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток в сторону преобладания индуктивности рассеяния первичной обмотки и увеличения падения напряжения на индуктивности рассеяния первичной обмотки от тока нагрузки, вторичная обмотка разделена пополам на две секции, а между половинками обмотки расположена неразделенная первичная обмотка.
На фиг. 1 представлен трансформатор со сниженным значением намагничивающего тока под нагрузкой, где: 1 - магнитопровод; 2 -вторичная обмотка, разделенная на равные части; 3 - первичная обмотка.
На фиг. 2 представлена схема экспериментальной установки для испытания полезной модели.
Предлагаемый трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния магнитного потока, состоит из магнитопровода 1, первичной и вторичной обмоток 3 и 2, намотанных раздельно на магнитопроводе.
Предлагаемый трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния магнитного потока, состоит из магнитопровода 1, первичной и вторичной обмоток 3 и 2, намотанных раздельно на магнитопроводе, причем для снижения величины намагничивающего тока трансформатора под нагрузкой путем перераспределения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток в сторону преобладания индуктивности рассеяния первичной обмотки 3 и увеличения падения напряжения на индуктивности рассеяния первичной обмотки от тока нагрузки, вторичная обмотка 2 разделена пополам на две секции, а между половинками обмотки расположена неразделенная первичная обмотка 1.
Для экспериментальной проверки эффективности предложенного устройства были проведены опыты с трансформатором из переделанного сварочного трансформатора ТД-300. Схема для проведения опытов представлена на фиг. 2.
Для экспериментальной проверки эффективности предложенного устройства были проведены опыты с трансформатором из переделанного сварочного трансформатора ТД-300. Схема для проведения опытов представлена на фиг. 2. В ходе проведения опытов проводилось сравнение намагничивающего тока, трансформатора под нагрузкой для трансформатора с обычным расположением обмоток и для трансформатора, имеющего разделенную вторичную обмотку. Намагничивающий ток трансформатора под нагрузкой измерялся с помощью метода [3]. Суть метода заключается в том, что в первичной и вторичной обмотке установлены шунты. Соотношение между номинальными токами шунтов подобрано равным коэффициенту трансформации трансформатора. Клеммы шунтов соединены таким образом, чтобы падение напряжения от вторичного тока вычиталось из падения напряжения от первичного тока. Осциллограф в такой схеме покажет намагничивающий ток.
В результате получены следующие результаты: при равных условиях и одинаковой нагрузке намагничивающий ток у трансформатора с разделенной вторичной обмотках всегда оказывался меньше, чем у трансформатора обычного исполнения. В ходе экспериментов получен большой объем данных для различных уровней питающего напряжения, различной нагрузки. Так для одного из режимов при одинаковых условиях намагничивающий ток трансформатора обычного исполнения под нагрузкой составил 6 А, а для трансформатора с разделенной вторичной обмоткой 2,6 А.
Опытные данные позволяют сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию "промышленная применимость".
Чем выше индуктивность рассеяния трансформатора, тем большего эффекта можно достичь. Так, для силовых трансформаторов систем электроснабжения, целесообразно применять такое исполнение обмоток для уровня напряжения 110 кВ и выше, где напряжение короткого замыкания составляет 12,5%.
Источники информации:
1. Патент РФ 2103760, МПК H01F 38/08, «Сварочный трансформатор», автор: Калашников Ю.Д., 27.01.1998 г.;
2. Марквардт Е.Г. «О рассеянии обмоток трансформатора». «Электричество», 1937 г., №11, с. 60-63;
3. Патент РФ №2328749 МПК G01R 19/00, «Способ измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой», авторы: Гуков Д.В., Гуков А.Д., Прутчиков И.О., Камлюк В.В., Солдатов В.Н., Прокофьев В.Е., Спиридонов А.Е., бюл. №19 от 10.07.2008 г.