Трансформаторы, автотрансформаторы, выпрямители

Трансформаторы

За основу построения обозначений трансформаторов и автотрансформаторов принимаются обозначения обмоток, магнитопроводов (сердечников), корпуса, экрана, регулирования, а также обозначения видов соединения обмоток.

Рис. 2.18. Обозначения, сочетание которых поло­жено в основу схематического обозначения транс­форматоров и автотрансформаторов

Обмотки.В схемах электроснабжения обмотки обычно обозначают в виде окружности 1 (рис. 2.18,а). В других случаях обмотки изображают полуокружностями 2-5, причем количество полуокружностей и направление выводов не устанавливается (ср. 2 и 4). Точка (см. 3) указывает начало обмотки.

При изображении обмоток окружностями в них, если нужно, вписывают обозначения 13—23 вида соединения, приведенные на рис. 2.18,в, где под обозначениями, состоящими из черточек, помещены поясняющие схемы.

Здесь: 13 — обмотка однофазная с двумя выводами; 14 — обмотка однофазная с двумя выводами и выведенной нейтральной (средней) точкой; 15 — соединение обмоток двух фаз в открытый треугольник (питание от сети трехфазного тока); 16 — три однофазные обмотки, каждая с двумя выводами; 17 — обмотка трехфазная, соединенная в звезду; 18 — то же с выведенной нейтральной (средней) точкой; 19 — обмотка трехфазная, соединенная в тре­угольник; 20 — обмотка трехфазная, три фазы соединены в разомкнутый тре­угольник; 21 — обмотка трехфазная, соединенная в зигзаг; 22 — обмотка шестифазная, соединенная в две обратные звезды; 23 — то же с выведенными раздельными нейтральными (средними) точками.

Магнитопроводы.В схемах электроснабжения магнитопроводы допускается не указывать, если это не вызывает недоразумений. В других случаях магнитопроводы изображают, пользуясь для этого обозначениями 7—10, которые показаны на рис. 2.18,б. Здесь 7 — магнитопровод ферромагнитный (заметьте: раньше было другое обозначение: три тонкие черты, как бы представляющие листы стали, из которых набран магнитопровод. Затем магнитопровод изображали жирной чертой. В настоящее время толщина линий, обозначающих магнитопровод и обмотку, одинакова);

8 — ферромагнитный магнитопровод с воздушным зазором. Небольшой воздушный зазор (величина которого фиксируется прослойкой из немагнитного материала) нужен в том случае, когда по обмотке проходит не только переменный, но и постоянный ток, который при отсутствии зазора мог бы насытить магнитопровод;

9 — магнитодиэлектрический магнитопровод. Магнитодиэлектрические магнитопроводы применяются при радиочастотах для уменьшения потерь на вихревые токи. В этих сердечниках ферромагнитные частицы разделены массой изоляционного материала;

10 — магнитопровод из немагнитного материала, например из меди или алюминия. Для немагнитного магнитопровода указывают химический символ металла. Например буквы Си указывают на то, что магнитопровод медный. Магнитопровод из немагнитного материала играет такую же роль, как множество короткозамкнутых витков, введенных в магнитное поле обмотки. В немагнитном мдгнитопроводе наводятся вихревые токи, магнитное поле которых противодействует основному полю, чем достигается уменьшение индуктивности.

Корпус трансформатора или автотрансформатора, показанный на рис. 2.18,б под номером 12, изображают, если нужно показать, что к нему что-нибудь присоединено. Например на рис. 2.19,в показано, что с корпусом соединен экран. Корпус трансформатора приходится показывать и в некоторых схемах релейной защиты.

Экран обозначают тонкой штриховой линией 6 (рис. 2.18,а). Примеры экранирования приведены на рис. 2.19,в, где 5 - экранированный трансформатор без сердечника, причем буквы Fe (железо) и Cu (медь) указывают на материалы, с помощью которых выполнено экранирование [заметьте: раньше вместо этих букв писали соответственно H и Е, указывая характер экранирования: электромагнитное (Н) и электростатическое (E)]; 6 — экранирование между обмотками двух-обмоточного трансформатора.

Обозначение регулирования 11 (рис. 2.18,6) используют в изображениях трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой.

Рис. 2.19. Трансформаторы (примеры)

Примеры обозначений трансформаторов даны на рис. 2.19. На рис. 2.19,а показаны однолинейное 1 и многолинейное 2 обозначения однофазного трансформатора с фер­ромагнитным сердечником (форма I). Магнитопровод подразумевается, и потому он не показан; 7 — изображение этого же трансформатора в форме II.

На рис. 2.19,б изображены трансформаторы: 3 - c ферромагнитным магнитопроводом, имеющим воздушный зазор; 4 — с немагнитным (медным) магнитопроводом; 8 — с магнитодизлектрическим магнитопроводом; 9 — без магнитопровода.

На рис. 2.19,в: 5 — трансформатор без магнитопровода с общим экраном (форма II); 6 — с экраном между обмотками (форма I); 10 — с ферромагнитным магнитопроводом и экраном между обмотками. Экран присоединен к корпусу трансформатора.

Однофазный дифференциальный трансформатор 11 (в форме I сверху и в форме II снизу) показан на рис. 2.19,г. Вторичная обмотка имеет отвод от средней точки. Трансформатор питает двухполупериодный выпрямитель, состоящий из полупроводниковых диодов (вентилей) VI и V2. Минусом выпрямителя служит средняя точка трансформатора. Жирные точки обозначают начала полуобмоток.

Однофазный трехобмоточный трансформатор 12 показан на рис. 2.19,д в схеме двухполупериодного выпрямителя с помощью кенотрона — двойного диода косвенного накала. Одна из вторичных обмоток трансформатора имеет средний вывод — он является минусом выпрямителя.

К другим выводам присоединены аноды А (точки, обозначающие начала полуобмоток, опущены, так как и без них все ясно). Другая вторичная обмотка питает подогреватель П катода К. Трехоб-моточный силовой трансформатор 13 показан на рис. 2.19,е в однолинейном (сверху) и многолинейном (снизу) изображениях.

Первичная, регулируемая, обмотка соединена в звезду. Одна из вторичных обмоток соединена в звезду с выведенной нейтралью, другая — в треугольник.

Автотрансформаторы

Однофазный автотрансформатор в однолинейном 1 и многолинейном 2 изображениях показан на рис. 2.20,а. Примеры применения однофазных трансформаторов: 3 — понижение напряжения сети с 220 В для питания прибора (например, бытового хо­лодильника) на номинальное напряжение 127 В; 4 — повышение напряжения с 127 до 220 В.

Рис. 2.20. Автотрансформаторы (примеры)

 

На рис. 2.20,б изображены трехфазные автотрансформаторы: 5 — обмотки соединены в звезду, 6 — с девятью выводами.

Закрепим полученные сведения, выполнив упражнения 2.8 и 2.9.

 

Упражнени 2.8

Рис. 2.21. Трансформаторы однофазные и трехфазные.

К упражнению 2.8

 

Обратившись к рис. 2.21, разобраться в том, что на нем изображено, и ответить на вопросы.

1.Какой трансформатор показан на рис. 2.21,а? На что указывают: расположение на нем обозначения регулирования и цифра 5? Относятся ли синие стрелки к обозначениям трансформатора?

2.Что изображено на рис. 1.21,б? Можно ли вывод от нейтральной точки направить влево или вниз?

3. Какое соединение трехфазного трансформатора 5 показано на рис. 2.21,в? Что обозначено цифрами 6 и 7? Какой смысл может иметь соединение в разомкнутый треугольник? Одинаково ли назначение заземлений первичной и вторичной обмоток?

4. Что изображено на рис. 2.21,г? Что обозначают буквы V в изображе­нии измерительных приборов и похожие знаки, вписанные в обозначения обмоток? Зачем трансформаторы соединяют в открытый треугольник?

Упражнение 2.9

Рис. 2.22. Примеры применения фазорегулятора (а) и потенциал регулятора (б). К упражнению 2.9

 

Применения фазорегулятора и потенциал регулятора (индукционного регулятора) иллюстрирует рис. 2.22. Фазорегулятор представляет собой асинхронную машину с заторможенным ротором. Поворачивая ротор относительно статора, плавно изменяют фазу ЭДС ротора, не изменяя ее по значению. Слева на рис. 2.22,а фазорегулятор φ показан в форме I, справа в схеме — в форме II.

Статор 2 фазорегулятора через автоматический выключатель 1 присоединен к сети трехфазного переменного тока А, В, С. От ротора фазорегулятора через трансформатор 3 получают питание обмотки напряжения двух ваттметров: поверяемого 7 и эталонного 8. Напряжение плавно регулируют потенциометром 5, фазу — фазорегулятором φ. Напряжение изме­ряется вольтметром 10. Токовые обмотки ваттметров получают питание от автотрансформатора 6 с плавной регулировкой. Ток измеряется амперметром 9. Автотрансформатор присоединен к сети через автоматический выключатель 4.

Потенциал-регулятор на рис. 2.22,б показан в двух формах: 11 - в форме I, 12 — в форме II. Он представляет собой заторможенную асинхронную машину; ее ротор, соединенный в звезду, получает питание от сети трехфаз­ного тока. Одни выводы статора присоединяются к сети; к другим присоединяется нагрузка. Таким образом, напряжение на нагрузке определя­ется геометрической суммой напряжения сети V и напряжения Vст. индуктированного в обмотке статора. Поворачивая ротор, можно плавно регулировать значение напряжения, подведенного к нагрузке, но при этом непрерывно меняется также и его фаза (см. векторную диаграмму, помещенную рядом со схемой).

Ответить на вопросы:

1. На каком основании фазорегулятор называется трансформатором трехфазным поворотным, а потенциал-регулятор — автотрансформатором трехфазным поворотным?

2. Почему напряжение, подводимое к ваттметрам, регулируют потен­циометром 5, а не реостатом?

3. Что обозначают стрелочка и красная черточка в изображении автотрансформатора 6?

4. Что обозначают звездочки у изображения ваттметров 7 и 8 на рис. 2.22,а?

5. С какой целью на рис. 2.22,б приведены две векторные диаграммы? В каких пределах можно изменять напряжение U_Н на нагрузке с помощью потенциал-регулятора?

Выпрямители

Рис. 2.23. Выпрямители, примеры

Однополупериодные выпрямители.На рис. 2.23,а слева показано выпрямление с помощью диода — кенотрона, т. е. двухэлектродной (анод А и катод К) электронной лампы прямого накала. Через нагрузку Н проходит выпрямленный ток в те полупериоды переменного тока, когда анод кенотрона имеет положительный по­тенциал, чему соответствуют знаки "+" и "-", написанные у выводов нагрузки.

Кенотрон на рис. 2.23,а справа имеет косвенный накал. Это значит, что подогреватель П получает питание, не связанное с цепью выпрямленного тока, например от отдельной обмотки трансформатора. Буквой Б обозначен баллон.

Ионный выпрямитель — газотрон (представляющий собой двухэлектродную лампу с накаленным катодом, наполненную парами ртути или инертным газом) показан на рис. 2.23,б. Положение жирной точки Г, обозначающей газовое наполнение, внутри баллона не устанавливается.

Две схемы однополупериодного выпрямления полупроводниковыми диодами изображены на рис. 2.23,в. Вершина треугольника указывает направление наибольшей проводимости. В соответствии с этой условностью на схемах проставлены стрелки, которые указывают различные направления токов на нагрузках R1 и R2. Кроме того, через R1 и R2 токи проходят неодновременно: через R1 в положительные, а через R2 в отрицательные полу­периоды.

В схемах на рис. 2.23,в последовательно включено по два диода, а параллельно каждому из них присоединены резисторы г. Эти резисторы выравнивают значения обратных напряжений, приходящихся на каждый диод, предотвращая их пробой. Выравнивать обратные напряжения необходимо по той причине, что полупроводниковые диоды обычно имеют различные вольтамперные характеристики.

Обратим внимание на то, что обозначения полупроводниковых диодов дважды изменялись. Сначала треугольник зачерняли. Затем ограничивались изображением контуров треугольника. И наконец утвердилось обозначение, принятое на рис. 2.23,в, е—к.

Двухполупериодные выпрямители. Двухполупериодный выпрямитель (рис. 2.23,г) образован двумя ионными приборами — газотронами, которые получают питание от трехобмоточного трансформатора T1. Катоды К обоих газотронов соединены и образуют положительный вывод "+". Отрицательным выводом "-" служит нейтральная (средняя) точка трансформатора. В по­ложительный полупериод ток проводит один газотрон, в отрицательный — другой.

Выводы катодов обозначены буквами а и б, так же как и выводы той обмотки трансформатора, которая предназначена для питания цепей накала. Соединение цепей накала с трансформатором обычно не показывают, так как оно подразумевается.

На рис. 2.23,d показана схема двухполупериодного выпрямления электронной лампой — кенотроном с двумя анодами А и косвенным накалом; катод К с подогревателем П не соединен. В положительный полупериод ток проходит через один анод; в отрицательный — через другой.

Схемы соединений полупроводниковых диодов с нулевым выводом — однофазная и трехфазная изображены на рис. 2.23,е и ж соответственно. В трехфазной схеме отрицательным выводом "-" служит нулевая точка вторичной обмотки трансформатора (первичная обмотка не показана). Сравнение кривых выпрямленного напряжения показывает, что при трех­фазной схеме пульсации выпрямленного напряжения меньше, т. е. выпрямление совершеннее.

Однофазная мостовая выпрямительная схема соединения полупроводни­ковых диодов показана на рис. 2.23.з снизу. В положительный полупериод переменного тока ток проходит в направлении красных стрелок через два плеча моста. В отрицательный полупериод — через другие два плеча — в направлении синих стрелок. Направление тока в нагрузке Н как в поло­жительный, так и в отрицательный полупериод не изменяется. Стрелки на схемах не ставят.

На рис. 2.23,з сверху этот же мост расположен иначе, т. е. именно так, как набирают отдельные диоды в выпрямительный столб (в данном случае речь идет о столбе, имею­щем по одному диоду в плече, но это далеко не единственная схема сборки мостов).

На рис. 2.23,и дано упрощенное, но весьма употребительное обозначение выпрямителя.

Трехфазная мостовая выпрямительная схема соединений полупровод­никовых диодов показана на рис. 2.23,к. Работа этой схемы рассмотрена ниже в упражнении 2.10.

Ртутные выпрямители (вентили). В основу изображения ртутного выпрямителя (рис. 2.24) положены обозначения: 1 — баллона с обозначением газового наполнения (жирная точка), анода 2, жидкого катода 3, сетки 4, поджигающего электрода 5. В обозначениях ртутных вентилей ионное наполнение допускается не указывать.

Общее обозначение ртутного вентиля— 6. Если нужно подчеркнуть, что вентиль управляем, то изображают сетку, получая обозначение 7.

По способу зажигания ртутные вентили разделяются на игнитроны и экзитроны. Например, 8 — это игнитрон с тремя поджигающими электродами и сеткой. Обратите внимание: поджигающие электроды погружены в ртуть, что отражает принцип действия зажигания (игнитрон зажигается в каждый положительный полупериод).

Обозначение 9 — экзитрон. Вспомогательный (зажигающий анод) не доходит до ртути. Он действует только в начале работы вентиля, после чего возникшая дуга возбуждения продолжает гореть между катодом и вспомогательным анодом независимо от дуги между катодом и главным анодом.

Тиристоры (рис. 2.26,а) имеют три перехода: PN, NP и PN* (токи соответственно i₁, i₂ и i₃), с двумя основными электрода­ми - анодом А и катодом К — и управляющим электродом У.

На управляющий электрод подается напряжение, условно здесь обозначенное U, через регулируемый резистор R или же изменяемое надлежащим образом каким-либо иным способом.

Тиристоры диодные на схемах изображают, как показано на рис. 2.26,б, где 1 — тиристор, запираемый в обратном направлении, 2 — то же, проводящий в обратном направлении, 3 — симметричный.

Тиристоры триодные (рис. 2.26,в): 4 — общее обозначение; 5 — запираемый в обратном направлении, с управлением по аноду; 9 — то же по ка­тоду; 6 — запираемый в обратном направ­лении, выключаемый, с управлением по аноду; 10 — то же по катоду, 7— проводя­щий в обратном направлении, с управле­нием по аноду; 11 — то же по катоду; 8 — симметричный (двунаправленный).

Важное замечание.Полупроводниковые приборы существенно упростили и изменили устройства электропривода, выпрямительных установок, устройств управления и автоматики. И возможности полупровод­никовых приборов далеко не исчерпаны. Дешевые, надежные, занимающие мало места кремниевые диоды, являющиеся хорошим средством разделения цепей, упростили устройства автоматики и телемеханики, заменив в них многие контакты, которые служили только для предотвращения ложных цепей. Питание через выпрямители от сети переменного тока включающих и отключающих электромагнитов приводов выключателей высокого напряжения повысило надежность приводов.

Силовые кремниевые выпрямители почти полностью заменили ртутные выпрямители для питания электрической тяги и других мощных потребителей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, возбуждения синхронных машин и т. п.

Все большее распространение получает тиристорное управление двигателями.

Основой полупроводниковых усилителей являются транзисторы; их обозначения приведены ниже в этом же параграфе при рассмотрении усилителей.

 

Упражнение 2.10

Для выполнения этого упражнения воспользуемся рис. 2.25. Ответить на вопросы.

1. Какая схема изображена на рис. 2.25,а? Что следует написать на ней вместо букв х и у'! Куда нужно присоединить нагрузку? Через какие диоды проходит ток в положительный полупериод фазы А1 фазы В1 фазы С?

2. Какая схема выпрямления показана на рис. 2.25,б? В результате какой ошибки персонала произошло короткое замыкание, показанное на рисунке красными стрелками?

3. На рисунке 2.25,в показаны два диода: двухэлектродная электронная лампа (слева) и полупроводни­ковый диод (справа). Полагая, что их параметры (ток, напряжение) и направления проводимости одинаковы, и оставляя в стороне конструктивные особенности, решить, чем различаются экс­плуатационные свойства этих диодов.

4. На рис. 2.23,е и ж приведены нулевые схемы выпрямления, а на рис. 2.23,з икг-мосто-в ы е. Какие из них наиболее благоприятны для работы питающего трансформатора?

 

Рис. 2.26. Тиристоры