обмотки, создает в магнитопроводе очень большой магнитный поток, индуктирующий во вторичной обмотке очень большую э. д. с. (до нескольких киловольт). Такая э. д. с. опасна для жизни человека и может вызвать пробой изоляции вторичной обмотки. Кроме того, большой магнитный поток в магнитопроводе значитетько увеличивает потери в стали, что вызывает нагрев магнитопровода, опасный для целости изоляции.

Трансформаторы напряжения. По устройству они подобны силовым трансформаторам небольшой мощности. Первичную обмотку трансформатора напряжения с большим числом витков включают в сеть, напряжение в которой измеряют или контролируют (рис 16.8, а). Начало и конец первичной обмотки обозначаются буквами А и X. Вторичная обмотка с меньшим числом витков замыкается на прибор с большим сопротивлением. Таким прибором может быть вольтметр, параллельная обмотка ваттметра, счетчика или какого-либо иного измерительного прибора или реле. Их сопротивления сравнительно велики (тысячи Ом), поэтому ток в цепи вторичной обмотки трансформаторов напряжения весьма мал и режим работы его близок к режиму холостого хода силового трансформатора. Начало и конец вторичной обмотки обозначается буквами а и х. По отношению к измерительному прибору вторичное напряжение должно совпадать но фазе с первичным, что достигается соответствующим соединением вторичной обмотки с прибором. Это необходимо при измерениях мощности и энер ии.

Так как при малых токах в обмотках трансформатора падения напряжения в сопротивлениях этих обмоток также малы, напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток практически равны э. д. с, а отношение этих напряжений равно коэффициенту трансформации

К = UilU2= £i/£2= 4,44да,/Фтах/(4,44ш;2/ФтаХ) = wi]w2. Зная коэффициент трансформации по показаниям приборов низкого напряжения -вторичной цепи, легко определить измеряемое высокое напряжение: U\ = Urka = = U2W\]w2.

В действительности токи в обмотках трансформатора напряжения не равны нулю. Поэтому за счет падения напряжения в сопротивлениях обмоток напряжение не равно э. д. с. Это является причиной неточности измерения, которая

U$W\lW2 - Uy

называется погрешностью напряжения /ц =---100%.

Для трансформаторов напряжения различных классов точности 0,5; 1; 3 устанавливается следующая допустимая погрешность напряжения соответственно ±0,5%; ±1%; ±3%. Кроме того, за счет падения напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора возникает неточность в передаче фазы напряжения - угловая погрешность о . Падение напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора Д£/ приводит к тому, что векторы напряжений первичной обмотки V\ и приведенного напряжения вторичной обмотки с обратным знаком не совпадают (рис. 16.8, б). Угол между этими векторами бм определяет угловую погрешность, измеряемую в угловых минутах и влияющую на показания ваттметров, счетчиков и фазометров. Угловая погрешность считается положительной, если вектор- U2 опережает вектор £Л

Для трансформаторов напряжения классов точности 0,5 и 1 допускается угловая погрешность соответственно ±20 и ±40 мин. Для трансформаторов напряжения класса точности 3 угловая погрешность не нормирована.

В цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения могут быть включены помимо вольтметра параллельные обмотки ваттметра, счетчика и др. Все эти приборы соединяют параллельно, чтобы на них воздействовало одно и то же напряжение. Включение большого числа приборов в цепь вторичной обмотки трансформатора напряжения вызывает увеличение токов в обмотках и увеличивает погрешность при измерении. Поэтому общая полная мощность присоединенных ко вторичной обмотке приборов не должна превышать измерительную мощность трансформатора напряжения, на щитке которого указывается наибольшая допустимая мощность нагрузки в вольтамперах.

Для напряжения до 6 кВ трансформаторы напряжения изготовляют сухими, т. е. с естественным воздушным охлаждением; для напряжений выше 6 кВ применяют масляные.

Трансформаторы напряжения могут быть трехфазными, имеющими такое же обозначение зажимов, как и у обычных силовых.

Для безопасности обслуживания и для большей надежности работы аппаратуры магнитопровод трансформатора напряжения и один зажим вторичной обмотки заземляют.

§ 16.5. Трансформаторы с регулируемым напряжением

В устройствах автоматического регулирования и управления, в схемах совместной работы нескольких сетей для пусков асинхронных двигателей и регулирования их частоты вращения и во многих других случаях необходимо регули-

Рис. 16.9. Принци- Рис. 16.10. Принципиальная схема

пиальная схема устройства трансформатора с по-

ЛАТР движной короткозамкнутой катушкой

(а) и схема соединения его обмоток (б)

руемое напряжение. Наиболее простым способом изменения вторичного напряжения трансформатора или автотрансформатора является изменение числа витков обмотки, для чего на обмотке делают несколько отводов. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки, а следовательно, и вторичное напряжение трансформатора или автотрансформатора. Недостаток такого способа изменения напряжения - необходимость отключения трансформатора от сети. Если бы мы начали производить регулирование напряжения под нагрузкой, то при изменении числа витков обмотки трансформатора часть витков оказалась бы замкнутыми накоротко, что повело бы к созданию чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Для ограничения токов к. з. на время переключения витков в цепь короткозамкнутых витков вводят активные или реактивные сопротивления. Существует ряд схем, позволяющих ограничить токи короткозамкнутых витков. Однако такие регуляторы очень громоздки и находят применение в трансформаторах большой мощности.

Ограничение токов короткозамкнутых витков при регулировании напряжения используется в ЛАТР (лабораторном автотрансформаторе регулируемом), который представляет собой автотрансформатор, часть витков обмотки которого оголена, а по оголенным проводникам перемещается угольная щетка (рис. 16.9). Угольную щетку выполняют такой ширины, чтобы она могла перекрывать не более двух проводников, т. е. чтобы не более одного витка замыкалось щеткой накоротко. Большое переходное сопротивление между проводниками обмотки ЛАТРа и угольной щеткой ограничивает ток короткозамкнутого витка, ЛАТРы применяют в схемах электропитания радиоустройств, в лабораторном оборудовании и др.

Регулировать вторичное напряжение трансформатора можно не только изменением числа витков обмотки (первичной или вторичной), но и изменение магнитного потока, для чего используют либо перемещаемые катушки, либо подвижные магнитопроводы трансформаторов. Наиболее часто регулирование напряжения под нагрузкой обеспечивает трансформатор с подвижной коротко-замкнутой катушкой (трансформатор Норриса), который позволяет равномерно изменять напряжение на выходе в широких пределах. Трансформатор с коротко-замкнутой катушкой имеет удлиненный стальной сердечник с узким окном (рис. 16.10, а). Чаще трансформатор выполняют по схеме автотрансформатора (рис. 16.10, б). На сердечнике размещена обмотка трансформатора, состоящая из двух катушек 1 и 2 с одинаковым числом витков, одна из катушек (катушка 1) является и вторичной обмоткой трансформатора. Катушки 1 к 2 намотаны встречно так, что магнитные потоки Ф[ и Фг, создаваемые токами этих катушек, в любой момент времени равны и направлены встречно. Поэтому по сердечнику они замкнуться не могут и вынуждены замыкаться через воздушное пространство в средней части окна. Поверх обмоток 1 к 2 намотана короткозамкнутая катушка К, которая может перемещаться по высоте стержня от крайнего нижнего до крайнего верхнего положения. Если катушка К находится в средней части между катушками 1 и 2, то она не сцеплена с магнитными линиями потоков Ф[ и Фя и не оказывает никакого влияния на эти катушки. Следовательно, в этом случае приложенное напряжение уравновешивается противоэлектродвижущими силами катушек 1 и 2 (если пренебрегать падением напряжения в сопротивлениях этих катушек), т. е. Ut = -Et-Е2.

Катушки 1 и 2 находятся в одинаковых магнитных условиях, следовательно, их э. д. с. равны, т. е. Е\=Е2 и EUi/2.

Вторичное напряжение, примерно равное э. д. с. катушки 1, в рассматриваемом случае меньше приложенного напряжения, т. е. U2=Elя* U\\2.

Если мы переместим короткозамкнутую катушку в крайнее нижнее положение, то витки этой обмотки будут сцеплены со всем потоком Фг, что поведет к значительному его уменьшению, и э. д. с. катушки 2 также уменьшится до малой величины. Для упрощения дальнейшего рассмотрения примем, что э. д. с. катушки 2 при крайнем нижнем положении короткозамкнутой катушки уменьшится до 0, т. е. £2=0. Тогда 0i=-Ei, т. е. вторичное напряжение равно первичному U2=EX {/,.

При положении короткозамкнутой катушки- в какой-либо промежуточной точке между серединой стержня и крайнем нижнем положении не будег полной компенсации потока Ф2 и Е2Ф0, так что вторичное напряжение будет меньше напряжения сети. Изменением положения короткозамкнутой катушки от среднего по высоте стержня до крайнего нижнего положения можно получить на выходе регулятора любое напряжение от 0,5£/i до £/ь Если короткозамкнутая катушка находится в крайнем верхнем положении и сцеплена со всем потоком Фь то £i 0, так что вторичное напряжение U2fvEi=0. Если короткозамкнутая катушка находится в какой-либо промежуточной точке между средним и крайним верхним положением по высоте, то полной компенсации потока Ф1 не будет и выходное напряжение не равно нулю. Таким образом, перемещая коротко-замкнутую катушку от середины до крайнего верхнего положения по высоте стержня на выходе регулятора мы можем получить любое напряжение от 0,5£/, до 0.

Достоинство регулятора - равномерное изменение выходного напряжения. Такие трансформаторы применяют в электропитающих устройствах радиосвязи для регулирования напряжения накала ламп и анодного напряжения выпрямительных устройств, а также в ряде специальных электроустановок. Так, например, трансформаторы с короткозамкнутой катушкой установлены для регулирования напряжения накала ламп для звезд Московского Кремля.

Следовательно, в зависимости от положения короткозамкнутой катушки вторичное напряжение трансформатора может быть изменено от 0 до с/ь Перемещается катушка К по сердечнику с помощью червячной передачи

Недостатки такого трансформатора - большой намагничивающий ток, большие индуктивные сопротивления обмоток и низкий коэффициент мощности - cos ф.