ТРАНСФОРМАТОРЫ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО    РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА

Для передачи и распределения электрической энергии с изменением напряжения в различные цепи электросхемы тепловоза используются трансформаторы. Наиболее широко их применяют в устройствах автоматического регулирования мощности дизель-генераторов.
Трансформатором называют электромагнитный аппарат, осуществляющий преобразование электрической энергии переменного тока одного напряжения в энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты тока.
Простейший однофазный трансформатор состоит из двух неподвижных катушек медного изолированного провода, расположенных на стальном замкнутом сердечнике (рис. 219). Одну из катушек с числом витков провода W\ подключают к внешнему источнику переменного тока и называют ее первичной обмоткой. К другой катушке— вторичной обмотке с числом витков провода w2 — присоединяют потребитель энергии (нагрузку). Переменный ток первичной обмотки создает в сердечнике     трансформатора изменяющийся магнитный поток. Этот поток пронизывает витки первичной и вторичной обмоток трансформатора и индуктирует в каждом из них одинаковую электродвижущую силу. Поскольку витки обмотки соединены последовательно, то ее электродвижущая сила будет прямо пропорциональна числу витков.

Рис. 219 Схема простейшего трансформатора

Соотношение электродвижущих сил обмоток трансформатора получило название коэффициента трансформации:

к = Е1/Е2

При замыкании цепи вторичной обмотки выключателем в ней под действием э. д. с. взаимоиндукции возникает электрический ток. Приложенное к первичной обмотке напряжение U1 уравновешивается падением напряжения в обмотке и электродвижущей силой самоиндукции Е1. Эту э. д. с. можно рассматривать как противоэлек-тродвижущую силу, потому что она направлена встречно к подведенному напряжению. Электродвижущая сила взаимоиндукции во вторичной обмотке E2 равна сумме напряжения на ее выводах U2 и внутреннего падения напряжения в ней. При разомкнутой цепи вторичной обмотки ток в первичной обмотке (ток холостого  хода) очень мал. Небольшой ток холостого хода создает весьма незначительное падение напряжения в активном сопротивлении первичной обмотки, и э. д. с. самоиндукции почти достигает величины приложенного внешнего напряжения. Напряжение на выводах вторичной обмотки при разомкнутой ее цепи равно индуктируемой в ней э. д. с. Поэтому коэффициент трансформации может быть с достаточной точностью определен при работе трансформатора на холостом ходу как отношение величин измеренных напряжений на выводах его обмоток.
Если число витков вторичной обмотки больше, чем первичной, то трансформатор называют повышающим, так как он повышает напряжение. Обратное соотношение числа витков обмоток характерно для понижающего трансформатора. Обмотка, соединенная с цепью более высокого напряжения, получила название обмотки высшего напряжения. Другая обмотка, соединенная с цепью более низкого напряжения, называется обмоткой низшего напряжения. Так, в повышающем трансформаторе первичная обмотка является обмоткой низшего напряжения, а вторичная — обмоткой высшего напряжения. Коэффициент трансформации обычно определяется  как отношение электродвижущей силы обмотки высшего напряжения к электродвижущей силе обмотки низшего напряжения, поэтому его величина всегда больше единицы.
При включении нагрузки во вторичной цепи создается переменный электрический ток I2. Ток, проходя по вторичной обмотке, приводит к некоторому размагничиванию сердечника трансформатора. В результате снижается и э. д. с. самоиндукции в первичной обмотке, увеличивается ток I1 в первичной цепи. Чем ток больше во вторичной цепи, тем сильнее размагничивается сердечник и больше сила тока в первичной цепи.
Потери энергии в трансформаторах весьма малы, поэтому их к. п. д. достигает 97—99%. При таком высоком к. п. д. электрическая мощность, отдаваемая потребителю, лишь незначительно меньше, чем мощность, подводимая к трансформатору. Поэтому токи в обмотках трансформатора приблизительно обратно пропорциональны  напряжениям на их выводах;

I2/I1 = U1/U2

Индуктируемая в обмотках трансформатора э. д. с, передаваемая ими мощность зависят от величины создаваемого в сердечнике магнитного потока.
Для получения сильных магнитных потоков сердечники трансформаторов изготовляют замкнутыми из материалов с высокой магнитной проницаемостью, получивших название ферромагнитных. Обычно в сердечниках трансформаторов применяют   листовую       трансформаторную сталь толщиной  0,2—0,5 мм  для  снижения  потерь  от  вихревых  токов.
Катушки обмоток трансформатора устанавливают на стержни, магнитопровод замыкают с помощью ярма. Стержни и ярмо образуют сердечник трансформатора. Сердечники выполняют стержневого или броневого типа.
В броневом трансформаторе обмотки окружены сердечником, напоминающем броню.
Электродвижущую силу самоиндукции в первичной обмотке трансформатора можно непосредственно использовать для получения тока во вторичной цепи. Для этого вторичная цепь с резистором нагрузки Rн подключается на часть витков БО первичной обмотки АО (рис. 220).

Рис.   220.   Схема   автотрансформатора

Такой электромагнитный аппарат с одной обмоткой получил название автотрансформатора. Соотношения э. д. с, напряжений и силы тока в первичной и вторичной цепях подчиняются закономерностям, справедливым для обычного трансформатора, и зависят от числа витков w1  и w2 в обмотке автотрансформатора. На рис. 220 показан понижающий трансформатор U1>U2, так как в нем число витков в первичной части обмотки больше, чем во вторичной. Если же поменять точки подключения источника переменного тока и нагрузки, то этот же автотрансформатор будет работать как повышающий. Токи первичной I1 и вторичной I2 цепей в части обмотки БО имеют противоположное направление, и суммарный ток равен разности токов I2—I1. Автотрансформаторы обычно применяются в случаях, когда коэффициент трансформации близок к 1. При этом суммарный ток в части обмотки БО будет незначительным, и ее можно изготовить из провода малого сечения, добившись значительной экономии меди.
Трансформатор может иметь несколько вторичных обмоток, в том числе автотрансформаторных, для питания энергией различных вторичных цепей. Трехфазный ток также легко трансформировать. Трехфазные трансформаторы выполняются с тремя стержнями, на каждом из которых располагают по одной первичной и вторичной обмотке фаз.
Трансформаторы нагреваются из-за потерь энергии в них. Небольшие трансформаторы, применяемые на тепловозах, имеют воздушное охлаждение и отдают тепло непосредственно в окружающий воздух. Более мощные трансформаторы снабжают масляным охлаждением для интенсивного отвода тепла от обмоток. После подробного рассмотрения принципов работы легко разобраться в устройстве тепловозных трансформаторов.
От распределительного трансформатора на тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10Ви ТЭП60 получают питание цепи переменного тока измерительных трансформаторов тока и напряжения, амплистата возбуждения возбудителя и индуктивного датчика объединенного регулятора дизеля   (рис.221).

Рис.   221.   Распределительный   трансформатор тепловоза   2ТЭ10Л:
а     —   общий   вид;   б  —  электрическая   схема

Сердечник трансформатора броневого типа набран из листов электротехнической стали толщиной 0,2 мм. Листы стянуты стальными шпильками и угольниками, на которые трансформатор  устанавливается  на  тепловозе.
Трансформатор имеет первичную обмотку HI—К1, включающую в себя две автотрансформаторные обмотки О1—К1, О2—К1 и четыре вторичных обмотки Н2—К2, НЗ—КЗ, Н4—К4 и Н5—К5.
Первичная обмотка получает питание от подвозбудителя тепловоза; она выполнена из 77 витков провода диаметром 1,95 мм и рассчитана на номинальный ток до 11 А при напряжении 100 В. Автотрансформаторная обмотка О2—К1 имеет 47 витков и используется для питания током амплистата. Вторая автотрансформаторная обмотка О1—К1  и три вторичные обмотки
Н2—К2, НЗ—КЗ, Н4—К5 содержат по 40 витков провода. От них получают переменный ток четыре измерительных трансформатора постоянного тока. Последняя вторичная обмотка Н5—-К5 из 24 витков провода служит для питания током измерительного трансформатора постоянного напряжения. Кроме того, от выводов 02—01 двух автотрансформаторных обмоток получает питание цепь индуктивного датчика объединенного регулятора. Поэтому средние семь витков первичной обмотки как бы образуют третью автотрансформаторную обмотку.
Вторичные обмотки распределительного трансформатора намотаны из изолированного провода диаметром 1,08 мм. Обмотки отделены одна от другой изоляцией из стеклолакоткани и снаружи защищены монолитной заливкой. В верхней части на изолирующих панелях трансформатор имеет набор зажимов, к которым присоединены выводы обмоток трансформатора.
На тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В и ТЭП60, кроме того, применяются стабилизирующий трансформатор для улучшения динамических характеристик системы возбуждения тягового генератора, а также небольшие трансформаторы в тахометрическом блоке и ряде других устройств.

В начало статьи
<< Назад --------------------------------- Дальше >>