1. Определение
Вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) называется устройство, состоящее из двух трансформаторов: последовательного, первичная обмотка которого включается в рассечку линии, и специального регулировочного трансформатора или автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации. Регулировочный автотрансформатор питается от обмотки низшего напряжения силового трансформатора.
Линейным регулятором называется трехфазное вольтодобавочное устройство, которое работает по автотрансформаторной схеме.
Что это такое падение напряжения
Говоря упрощенно и что бы было понятнее- это энегрия(причем активная!) выделяемая в виде тепла.
Приведу пример. Для каждого сечения провода есть максимальный допустимый ток. Если к медному проводу сечением 2,5 кв. мм подключить одн офазный электротел мощностью 9 кВт с потребляемым током 9000:220=41 ампер, то провод очень сильно будет греться.
Материал, из которого изготовлен провод- медь оказывает активное сопротивление электрическому току.
Назначение
Вольтодобавочные трансформаторы (линейные регуляторы) применяются для регулирования напряжения в отдельных линиях или в группе линий. Их применяют, например, для улучшения работы сетей, в которых используются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. Линейные регуляторы позволяют создать в сети дополнительную ЭДС, которая складывается с вектором напряжения сети и изменяет его. На рис. 1 показано схематическое изображение вольтодобавочного трансформатора (линейного регулятора).
Рисунок 1 – Схемное изображение линейного регулятора
Установка вольтодобавочного трансформатора позволяет выравнивать напряжение в электросети; устранять несимметрию напряжения на определенном участке цепи; снижать опасные последствия отгорания нулевого проводника
Струйная защита бака РПН
Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН).
Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.
Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.
Ремонт переключающих устройств (РПН трансформатора)
При ремонте устройств переключения без возбуждения (ПБВ) тщательно осматривают все контактные соединения переключателя и отводов; определяют плотность прилегания контактов, проверяя зазор между ламелями щупом; измеряют переходное электрическое сопротивление.
Особое внимание обращают на состояние контактной поверхности.
При наличии подгаров или оплавлений устройство заменяют (в зависимости от характера или степени повреждения устройство иногда восстанавливают).
Для удаления налета, образующегося при работе в масле, контактную часть переключателя тщательно протирают технической салфеткой, смоченной в ацетоне или бензине. Остальную часть устройства промывают чистым трансформаторным маслом.
При ремонте переключающих устройств регулирования под нагрузкой (РПН) кроме общих работ по очистке, протирке и промывке наружных и внутренних поверхностей деталей и частей устройства проверяют контактные поверхности избирателя ступеней, контакторов и электрической части приводного механизма. Подгоревшие контакты избирателя, главные контакты контактора и привода тщательно зачищают и проверяют на плотность прилегания, после чего выясняют и устраняют причину подгорания.
Отказ в работе привода переключателя может быть вызван попаданием влаги из-за плохой герметичности дверцы шкафа, а также из-за значительных люфтов соединительных валов. Выявленные дефекты устраняют. Со дна бака контактора удаляют осадки, оставшиеся после слива масла, а также выполняют другие работы в соответствии с инструкцией по эксплуатации устройства РПН.
Защита РПН
Для обеспечения штатной работы устройства применяется газовая защита. Выполняется дополнительная ёмкость (расширитель), соединённая с основной масляной средой трансформатора специальным каналом, в котором установлено реле и сигнальный элемент.
При незначительном газообразовании сигнальный элемент указывает на снижение уровня масла. В случае выброса, расширившееся масло вытесняется в расширитель. Если интенсивность выброса достигает установленного значения, срабатывает реле, отключая трансформатор. Таким способом предохраняется от разрушения контакторы РПН.
Преимущества и недостатки регулирования посредством РПН
Преимущества регулирования без отключения нагрузки в возможности поддержания параметров сети на выходе трансформатора на заданном уровне при изменении характеристик подаваемого напряжения.
Также это устройство позволяет регулировать параметры, с учётом необходимой величины.
Выполнение указанных функций достигается без отключения агрегата.
Недостатки связаны с необходимостью усложнения конструкции трансформатора, связанной с использованием дополнительных элементов.
Одновременно снижается надёжность работы агрегата, увеличивается его масса и габаритные размеры.
Видео: Регулирование напряжения силовых трансформаторов
Видео: Трансформатор с РПН, схема работы
РПН силового трансформатора, принцип действия
Принцип работы
Вольтодобавочные трансформаторы имеют одну обмотку, включенную последовательно с линией, в которой регулируется напряжение. Эта обмотка питается от регулировочного (питающего) трансформатора, а первичная обмотка последнего – от сети или постороннего источника тока. В зависимости от схемы соединения обмоток вольтодобавочные трансформаторы могут создавать добавочную ЭДС, сдвинутую по фазе относительно основного напряжения или совпадающую с ним. На рис. 2 изображена принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора.
Рисунок 2 – Принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора
- основной трансформатор
- последовательный трансформатор
- регулировочный трансформатор
Особенности регуляторов для первички трансформаторов
Зарядный ток аккумулятора составляет 10% от его емкости. Это означает, что аккумулятор на 60 Ач заряжается током, не превышающим 6 А. Напряжение зарядки при работающем автомобиле составляет 14,5 В. С учетом необходимого запаса хода зарядное устройство должно выдавать 10 А при 16 В.
резерв напряжения необходим для регулирования и ограничения зарядного тока.
В разных моделях устройств он производится по-разному:
- Дополнительные резисторы. Загораются после диодного моста. Самая простая конструкция, но самая большая.
- Транзистор. Высокая точность управления, но самая сложная схема, требующая хорошего охлаждения силовых транзисторов.
- Тиристорное управление. Простые схемы. Регулировка осуществляется тиристорным переключателем в цепи первичной обмотки или тиристорами, установленными вместо диодов в выпрямительном мосту.
Схема и конструкция
Более детальная схема линейного регулятора, иллюстрирующая также принцип переключения контактов, представлена на рис. 3. На ней показаны регулировочный трансформатор 1 и последовательный трансформатор 2. Первичная обмотка 3 регулировочного трансформатора является питающей. Она может быть включена и на фазное А – 0 и на линейное напряжение (А – В, А – С). Вторичная обмотка 4 регулировочного трансформатора имеет такое же переключающее устройство 5 как и транс-форматор с РПН.
Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора присоединен к средней точке вторичной обмотки регулировочного трансформатора. Другой к переключающему устройству. Вторичная обмотка 7 последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой силового трансформатора. Добавочная ЭДС в обмотке 7 складывается с ЭДС силового трансформатора и изменяет ее.
Рисунок 3 – Принцип работы вольтодобавочного трансформатора
На рис. 4 показана трехфазная схема включения в сеть вольтодобавочного трансформатора.
Рисунок 4 – Схема включения вольтодобавочного трансформатора в сеть
Линейные регуляторы работают по автотрансформаторной схеме и представляют собой маслонаполненную конструкцию, имеющую шесть линейных выводов для включения регулятора в рассечку линии в любой ее точке. Схема включения линейного регулятора показана на рис. 5.
- Обмотка возбуждения высшего напряжения
- Обмотка питания цепей управления
- Вольтодобавочная обмотка
- Подвижный контакт переключателя
- Вспомогательный контакт переключателя с активным токоограничивающим сопротивлением
- Неподвижные контакты
Рисунок 5 – Схема включения линейного регулятора
Что происходит с понижающим трансформатором при увеличении нагрузки
А ничего с ним не происходит))) Как понижал он напряжение- так и продолжает понижать- так уж он устроен.
На первичную обмотку (обмотка высокого напряжения) подается 110 000 Вольт, а со вторичной (обмотка низкого напряжения) снимается 10 000 Вольт.
Это идеальный вариант, когда напряжение на первичной обмотке стабильное и не меняется, а нагрузка вторичной обмотки или очень мала или ее совсем нет (трансформатор работает в режиме холостого хода).
На самом деле это совсем не так.
В действительности высокое напряжение на первичной нагрузке постоянно меняется в небольших пределах- 110-117кВ
А так как коэффициент трансформации у трансформатора величина неизменная, то получается что и на вторичной обмотке 10 кВ напряжение тоже колеблется так сказать “в ногу” с первичным напряжением.
А вслед за этим колебания напряжения передаются следующим понижающим трансформаторам 10/0,4 кВ…
И так эти колебания дойдут и до наших квартир и напряжение колебалось бы пропорционально с высоким напряжением 110 кВ.
И было бы у нас в розетках то 180 Вольт, то 250 и бесперестанно бы оно изменялось в течении суток. Думаю что никому не понравится когда свет в доме постоянно меняет яркость, как в том анекдоте- то потухнет, то погаснет, то совсем не загорит)))
Диапазон регулирования
ЭДС, создаваемая линейным регулятором зависит:
- от величины питающего напряжения;
- от фазы питающего напряжения;
- от коэффициента трансформации линейного регулятора.
Включая первичную обмотку питающего трансформатора в разные фазы сети, можно получить разные напряжения на выходе регулятора. В линейном регуляторе выполняется пофазное регулирование. Различают продольное, поперечное и продольно-поперечное регулирование.
При продольном регулировании добавочная ЭДС линейного регулятора ∆Е совпадает по фазе с фазными напряжениями сети. Такой вид регулирования называют также регулирование по модулю.
При поперечном регулировании ЭДС силового трансформатора и добавочная ЭДС оказываются сдвинутыми на 90º. Такое сдвиг можно получить, если, например, для регулирования напряжения в фазе А, обмотку питающего трансформатора включить на линейное напряжение В-С. При этом результирующая ЭДС обмотки силового трансформатора и вторичной обмотки последовательного трансформатора изменяется по фазе. Поэтому такой вид регулирования называют также регулированием по фазе. Продольно-поперечное регулирование позволяет регулировать исходное напряжение как по модулю, так и по фазе. Его можно выполнить для регулирования напряжения в фазе А при включении первичной обмотки питающего трансформатора на линейное напряжение А-В. Вектор добавочной ЭДС при этом будет направлен вдоль линейных напряжений.
Векторные диаграммы изображающие разные виды регулирования показаны на рис. 6.
Рисунок 6 – Регулирование напряжения с помощью линейного регулятора: а) продольное; б) поперечное; в) продольно поперечное.
Линейные регуляторы с продольным регулированием позволяют регулировать напряжения на проблемном участке протяженной сети или при отсутствии на трансформаторе устройства РПН.
Линейные регуляторы с поперечным или продольно-поперечным регулированием выполняют более узкие функции. С их помощью улучшаются условия работы неоднородных замкнутых сетей.
Регулирование напряжения у силовых трансформаторов
Приветствую вас, читатель моего сайта ceshka.ru!
В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.
Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.
Электроэнегрия от электростанции (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) передается по опорам воздушных линий на многие сотни километров к подстанции (я буду вести речь о подстанции 110 000 Вольт), где установлены понижающие трансформаторы – очень большие и очень мощные.
Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.
Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.
Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.
Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами , поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.
Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.
Применение
Линейные регуляторы могут устанавливаться на отходящих линиях и последовательно с силовым трансформатором. При установке линейного регулятора на отходящих линиях силовой трансформатор выполняет стабилизацию напряжения на шинах подстанции на среднем уровне. Диапазон регулирования в этом случае может быть снижен, что позволяет существенно снизить мощность линейного регулятора, однако требуется установка нескольких регуляторов.
На рис. 7 а) показано схематичное изображение линейного регулятора при включении его последовательно обмотке силового трансформатора, на рис. 7 б) показано включение линейного регулятора на отходящих линиях электропередач.
Рисунок 7 – Включение линейного регулятора в сеть: а) последовательно обмотке силового трансформатора; б) на отходящих линиях электропередач
Линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию, обеспечивают регулирование напряжения в пределах ±10-15 %. Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами. На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор устройством РПН, а на стороне НН устанавливается линейный регулятор, снабженный автоматическим регулированием напряжения.
ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.
Схема номер 1
Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 – 13 вольт. И общеизвестная схема регулятора напряжения на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.
КТ829 — мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты – видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.
Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос – «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»
Схема номер 2
В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.
У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.
Что представляет собой симистор
У тиристора есть недостаток, который усложняет его применение в сети переменного тока: через себя проходит только полуволна, а на выходе вместо переменного напряжения получается постоянная пульсация. Поэтому эти устройства используются попарно или вместе с диодным мостом. Симистор лишен этого недостатка.
Симистор похож на тиристор. Как и тиристор, он открывается импульсом тока, протекающего через управляющий электрод, но это устройство пропускает через себя обе полуволны и способно работать в сети переменного тока.
Принципиальная схема симисторного регулятора тока для активной и индуктивной нагрузок Устройство симисторного регулятора аналогично тиристорному. Разница в том, что симистор управляет обеими полярностями, и поэтому нет необходимости использовать диодный мост или встречное соединение элементов.
Кроме того, для симистора не имеет значения полярность управляющего напряжения, что позволяет упростить схему импульсного управления.
Совет! Для регулировки симистора можно использовать диммер от лампы накаливания. Для этого он подключается между анодом и управляющим электродом силового симистора.
Другие простые варианты регулировки напряжения в первичке
Помимо тиристорных и симисторных регуляторов существуют и другие способы управления зарядным током в первичной обмотке трансформатора:
- Путем переключения выводов первичной обмотки. Недостаток в том, что эти выводы приходится делать при намотке катушек.
- Подключение зарядного устройства после LATRA (лабораторный автотрансформатор). Его мощность должна быть не менее 160Вт.
- Переменный резистор, подключенный последовательно к трансформатору. Его параметры составляют порядка 50-100 Ом, при мощности 50 Вт и зависят от конкретного зарядного устройства.
Несмотря на появление современных зарядных устройств, у многих автовладельцев есть устройства с обычными трансформаторами, а настройка устройства через первичную обмотку позволяет обойтись без мощных тиристоров или дополнительных резисторов.
. Предлагаемая универсальная конструкция предназначена для зарядки кислотных аккумуляторов 12 и 6 вольт и способна обеспечить ток заряда до 5-6 А. Регулировка тока плавная. В отличие от обычных схем, в данной конструкции управляющий элемент (тиристор VS1) включен в цепь первичной обмотки, что значительно снизило рассеиваемую на ней мощность и позволило обойтись без установки тиристора на радиатор. Схема управления, установленная на компараторе PA1, также довольно недорогая, так как не имеет мощного шунта, который обычно включается во вторичную цепь. Взглянем на принципиальную схему зарядного устройства.
Поскольку управляющим элементом служит тиристор, который не может работать с переменным током, его пришлось включить в диагональ моста, собранного на диодах VD1 — VD4. Ток через первичную обмотку (а значит, и зарядный ток) регулируется путем изменения угла открытия тиристора — это контролируется блоком управления, собранным на однопереходном транзисторе VT1.
При изменении сопротивления переменного резистора R6 изменяется и время зарядки конденсатора С1. Чем дольше заряжается конденсатор, тем позже открывается транзистор и, следовательно, тиристор после начала периода напряжения сети. Таким образом, ток через первичную обмотку трансформатора Т1 можно плавно регулировать от 0 до почти 100%. В этом случае напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет варьироваться от 0 до 18-20 В, что вызовет изменение зарядного тока аккумулятора.
Зарядный ток регулируется косвенно путем измерения тока через первичную обмотку с помощью компаратора PA1, подключенного через балластный резистор R2 и отклоняемого двухваттным резистором R1. Лампа HL1 — это сигнальная лампа.
В проекте, помимо указанных на схеме, могут использоваться диоды D231 — D234, D245, D247 с любым буквенным индексом, КД202 с буквами K, M, R. Их нельзя устанавливать на радиаторы отопления. Тиристоры КУ201К, L, КУ202К, L, M, N будут работать как VS1. Тиристору тоже не нужен радиатор. Во вторичном контуре (вместо VD5 — VD8), помимо указанных на схеме, D231 — D233 будут работать без буквенного индекса или с буквой A. Их необходимо устанавливать на радиаторы с площадью не менее 30 см2 каждый (если диоды германиевые — Д305), либо квадрат 100 см., если кремний.
Конденсатор С1 должен иметь минимальный температурный коэффициент емкости, например типа К73-17, К73-24. В противном случае при нагреве устройства ток зарядки «отключается». Как и Т1, подойдет любой сетевой трансформатор мощностью не менее 150 Вт, способный подавать из вторичной обмотки напряжение 18-20 В с током до 6-7 А. Очень удобно для этих целей используйте трансформаторы типового TN или TAN, характеристики которых можно найти в нашем справочнике по трансформаторам. В качестве измерителя PA1 можно использовать любой микроамперметр с током полного отклонения 100 мкА.
Настройка устройства сводится к выбору значения сопротивления R2 для калибровки устройства PA1 с одновременным контролем зарядного тока. Пожалуй, единственный недостаток такого зарядного устройства — наличие сетевого напряжения на цепи управления, поэтому в целях безопасности на резистор R6 необходимо поставить ручку из изоляционного материала.
А. Евсеев «Электронные устройства для дома», 1994 г
Внимание! Конструкция имеет бестрансформаторный блок питания, поэтому во время работы на всех ее элементах присутствует опасное для жизни напряжение. Перед любой сваркой или модификацией схемы обязательно отключите конструкцию от сети!
