Проблема в том, что напряжение в электрической сети меняется в зависимости от ее нагрузки, при этом для правильной работы большинства потребителей электроэнергии необходимо найти напряжение питания в определенном диапазоне, чтобы оно не было выше или ниже определенного допустимого пределы.
Поэтому нам нужны какие-то способы регулирования, регулирования, регулирования сетевого напряжения. Один из лучших способов — изменить коэффициент трансформации по мере необходимости, уменьшив или увеличив количество витков первичной или вторичной обмотки трансформатора в соответствии с известной формулой: U1 / U2 = N1 / N2.
Для регулировки напряжения на вторичных обмотках трансформаторов, чтобы поддерживать правильное напряжение для потребителей, некоторые трансформаторы имеют возможность изменять соотношение витков, то есть регулировать коэффициент трансформации в ту или иную сторону.
Подавляющее большинство современных силовых трансформаторов оснащено специальными устройствами, позволяющими регулировать коэффициент трансформации, то есть складывать или вычитать витки в обмотках.
Эту настройку можно производить либо непосредственно под нагрузкой, либо только тогда, когда трансформатор заземлен и полностью обесточен. В зависимости от важности объекта и частоты, с которой эти регулировки необходимы, существуют более или менее сложные системы переключения витков в обмотках: те, которые выполняют переключение без нагрузки — «переключение без возбуждения» или с переключением нагрузки. — «осадка под нагрузкой». В обоих случаях обмотки трансформатора имеют ответвления, между которыми происходит переключение.
Переключение без возбуждения
Переключение без возбуждения происходит от сезона к сезону, это плановое сезонное переключение смен, когда трансформатор выводится из эксплуатации, что, очевидно, будет работать нечасто. Коэффициент трансформации изменился, сделано более менее в пределах 5%.
На трансформаторах большой мощности переключение выполняется с помощью четырех розеток, на трансформаторах малой мощности — только с помощью двух. Этот вид коммутации связан с отключением электроэнергии потребителей и поэтому выполняется довольно редко.
Часто розетки делают на стороне более высокого напряжения, где витков больше и регулировка точнее, к тому же ток меньше, переключатель более компактный. Изменение магнитного потока в момент такого переключения витков на понижающем трансформаторе очень мало.
Если необходимо увеличить напряжение на стороне более низкого напряжения понижающего трансформатора, витки на первичной обмотке уменьшаются, если необходимо их понизить, они складываются. Если регулировка производится со стороны нагрузки, то для увеличения напряжения витков вторичной обмотки прибавляйте, а для понижения — уменьшайте. Выключатель, используемый на обесточенном трансформаторе, в просторечии называется анзапфа.
Место контакта, несмотря на то, что оно выполнено из пружины, со временем подвергается медленному окислению, что приводит к увеличению сопротивления и перегреву. Чтобы предотвратить возникновение этого вредного кумулятивного эффекта, чтобы не сработала газовая защита из-за разложения масла под воздействием чрезмерного нагрева, выключатель регулярно обслуживается — дважды в год проверяют правильность настройки коэффициента трансформации, при переключении анапф во все положения, чтобы удалить оксидную пленку перед окончательной установкой требуемой степени трансформации.
Также измерьте сопротивление обмоток постоянному току, чтобы убедиться в качестве контакта. Эту процедуру также проводят для трансформаторов, которые не использовались долгое время перед тем, как начать их использовать.
Регулирование нагрузки
Оперативное переключение выполняется автоматически или вручную, непосредственно под нагрузкой, где напряжение значительно меняется в разное время суток. Трансформаторы большой и малой мощности, в зависимости от напряжения, имеют устройства РПН разных диапазонов — от 10 до 16% с шагом 1,5% на стороне более высокого напряжения — где ток меньше.
Здесь, конечно, есть некоторые сложности: на мощном трансформаторе просто невозможно разорвать цепь, так как в этом случае возникнет дуга и трансформатор просто выйдет из строя; на короткое время закорачивают витки друг на друга; требуются токоограничивающие устройства.
Токоограничивающие реакторы в коммутационных системах под нагрузкой
Управление нагрузкой с ограничением тока позволяет создать систему с двумя контакторами и двойным реактивным сопротивлением обмотки.
Две обмотки реактора соединены через контактор, замкнутый в нормальном режиме работы трансформатора, рядом с таким же контактом на выводе обмотки. Рабочий ток протекает через обмотку трансформатора, затем параллельно через два контактора и через две части реактора.
В процессе переключения один из контакторов переключается на другой вывод обмотки трансформатора (назовем его «вывод 2»), при этом часть обмотки трансформатора замыкается накоротко, а рабочий ток ограничивается реактором. Затем второй контакт реактора переводится на «штырь 2».
Процесс настройки завершен. Коммутатор с реактором имеет небольшие потери в средней точке, так как ток нагрузки перекрывает конвекционный ток двух переключателей, и реактор всегда может быть в цепи.
Токоограничивающие резисторы в коммутационных системах под нагрузкой
Альтернативой реактивному сопротивлению является пружинный контактор, в котором 4 быстрых переключателя включаются последовательно с использованием промежуточных положений, когда ток ограничивается резисторами. В рабочем положении ток протекает через байпасный контакт К4.
При необходимости переключения схемы из положения II в положение III (в данном случае с меньшим количеством витков) селектор переводится с контакта I на контакт III, затем резистор R2 подключается параллельно замкнутому контактору K4 через контактор K3, затем размыкается контактор К4 и теперь ток в цепи ограничивается только резистором R2.
Следующим шагом является замыкание контактора K2, и часть тока также течет через резистор R1. Контактор K3 размыкается, изолирующий резистор R2, ответвленный контакт K1 замыкается. Переход завершен.
Хотя трудно прервать реактивный ток переключателя с помощью реактора, и поэтому он чаще используется на стороне низкого напряжения с высокими токами, быстродействующий переключатель с резисторами успешно используется на стороне высокого напряжения с относительно низкими токами.
В нормальных условиях автомобильный аккумулятор заряжается во время движения. Но если машина долгое время стоит в гараже, аккумулятор разрядится.
Для его зарядки понадобится зарядное устройство с регулируемым зарядным током. Один из вариантов этих устройств — зарядное устройство с регулировкой по первичной обмотке трансформатора.
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 простого регулятора
Схема простого регулятора включает в себя непосредственно тиристор запирающего типа и контроллер для управления предельным напряжением. Для стабилизации тока в начале цепи используются транзисторы. Перед контроллером в обязательном порядке применяются конденсаторы. Некоторые используют комбинированные аналоги, однако это спорный вопрос. В данном случае оценивается емкость конденсаторов, исходя из мощности трансформатора. Если говорить об отрицательной полярности, то катушки индуктивности устанавливаются только с первичной обмоткой. Соединение с микроконтроллером в схеме может происходить через усилитель.
Схема и назначение тиристорного регулятора напряжения для трансформатора
Ток, протекающий через аккумулятор во время зарядки, определяется внутренним сопротивлением аккумулятора, его ЭДС и напряжением на выходе зарядного устройства. Для его изменения, помимо других способов, можно регулировать напряжение на первичной обмотке. Удобнее всего использовать тиристорный регулятор.
Модели для зарядки аккумуляторов
Зарядные устройства делятся на три группы:
- Пусковые установки. Предназначен для запуска двигателя с разряженным аккумулятором. Не рекомендуется использовать для подзарядки аккумуляторы: недостаточное напряжение и отсутствие регулировок.
- Зарядное устройство. Предназначен для зарядки аккумуляторов. У них есть ручная или автоматическая регулировка.
- Стартерное зарядное устройство. Они могут выполнять обе функции.
Реально ли сделать регулятор самостоятельно?
Тиристорный регулятор напряжения своими руками можно сделать, придерживаясь стандартных схем. Если рассматривать высоковольтные модификации, то резисторы лучше всего использовать герметизированного типа. Предельное сопротивление они способны выдерживать на уровне 6 Ом. Как правило, вакуумные аналоги более стабильны в работе, но активные параметры у них занижены. Резисторы общего назначения в данном случае лучше вообще не рассматривать. Номинальное сопротивление они в среднем выдерживают только на уровне 2 Ом. В связи с этим у регулятора будут серьезные проблемы с преобразованием тока.
Для высокой мощности рассеивания применяются конденсаторы класса РР201. Они отличаются хорошей точностью, высокоомная проволока для них подходит идеально. В последнюю очередь подбирается микроконтроллер со схемой. Низкочастотные элементы в данном случае не рассматриваются. Одноканальные модуляторы следует использовать только на пару с усилителями. Устанавливаются они у первого, а также у второго резисторов.
Принцип действия тиристорного регулятора
Тиристор имеет два состояния: разомкнутый, в котором проходит электрический ток, и замкнутый. Этот элемент открывается, когда ток течет через электрод затвора, и остается открытым, когда ток течет через тиристор. Переменное напряжение в сети синусоидальное. Включенный в цепь нагрузки тиристор открывается в определенный момент полуволны. Это называется «угол раскрытия». В результате ток не всегда проходит через электрическое устройство, а только после того, как элемент перешел в открытое состояние. Это изменяет среднеквадратичное значение напряжения на нагрузке.
Важно! Вольтметр измеряет действующее значение. Для надежной работы допустимое напряжение тиристора должно соответствовать максимальному напряжению, которое в 1,4 раза выше. Для домашней сети это 308В.
Свойства регулятора с тиристором КУ 104а
С трансформаторами, мощность которых превышает 400 В, работают указанные тиристорные регуляторы напряжения. Схемы расположения основных элементов у них могут различаться. В данном случае предельная частота должна находиться на уровне 60 Гц. Все это в конечном счете оказывает огромную нагрузку на транзисторы. Тут они используются закрытого типа.
За счет этого производительность таких устройств значительно повышается. На выходе рабочее напряжение в среднем находится на уровне 250 В. Использовать керамические конденсаторы в данном случае нецелесообразно. Также большой вопрос у специалистов вызывает применение подстроечных механизмов для регулировки уровня тока.
Разновидности и технические характеристики тиристорного регулятора
В связи с тем, что тиристор пропускает через себя напряжение только одной полярности, его нельзя использовать для управления трансформатором без дополнительных элементов:
- Подключите тиристор к диодному мосту из 4 диодов на выводах «+» и «-». Производство “
«Они подключаются к разомкнутой цепи вместо переключателя или последовательно с ним. Диодный мост выпрямляет напряжение и на тиристор подается только одна полярность.
- Используйте два тиристора, соединенных встречно параллельно, а управляющие выходы подключите через переменный резистор. Каждый из элементов открывается со своей полярностью, и оба вместе управляют напряжением на нагрузке.
- Переменное сопротивление между анодом и управляющим электродом. Во время первой половины полуволны управляющее напряжение и ток также увеличиваются, когда достигают определенного значения, в зависимости от марки элемента. Недостатком этой схемы является ограниченный диапазон регулировки 110-220В, но этого достаточно для управления трансформатором зарядного устройства.
- Управление импульсами, которые отдельная цепь подает на управляющий электрод в данный момент полуволны синусоидальной волны. Допустимые ток и напряжение тиристорного регулятора в основном зависят от установленных тиристоров. Наиболее распространены тиристоры серии КУ 202, но в некоторых случаях допускается использование других элементов:
- КУ202Н — 400В, 30А. Фиксируется резьбой M6. При регулировке первичной обмотки, ток которой менее 1А, используются без радиаторов.
- КУ 201л — 300В, 30А, крепление — резьба М6. Допускается использование в первичной обмотке.
- КУ 201а — 25В, 30А, крепление — резьба М6. Может использоваться только с регулируемыми радиаторами после трансформатора.
- КУ 101г — 80В, 1А. Похоже на транзистор. Зарядные устройства не используются в силовых цепях, только в цепях управления.
- КУ104а — 6В, 3А. Они также не используются в цепях питания.
Тиристор открывается, когда ток превышает определенное значение, и есть два способа контролировать угол открытия:
Модели для зарядки аккумуляторов
Тиристорный регулятор напряжения зарядки аккумулятора (схема показана ниже) отличается своей компактностью. Максимум сопротивление в цепи он способен выдерживать на уровне 3 Ом. При этом токовая нагрузка может составлять только 4 А. Все это говорит о слабых характеристиках таких регуляторов. Конденсаторы в системе часто используются комбинированного типа.
Емкость во многих случаях у них не превышает 60 пФ. Однако многое в данной ситуации зависит от их серии. Транзисторы в регуляторах используют маломощные. Это необходимо для того, чтобы показатель рассеивания не был таким большим. Баллистические транзисторы в данном случае подходят плохо. Связано это с тем, что ток они способны пропускать только в одном направлении. В результате напряжение на входе и выходе будет сильно отличаться.
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.
Схема регулятора КУ 201л
Тиристорный регулятор напряжения КУ 201л включает биполярные транзисторы, а также многоканальный микроконтроллер. Конденсаторы в системе используются только комбинированного типа. Электролитические полупроводники в регуляторах встречаются довольно редко. В конечном счете это сильно отражается на проводимости катода.
Твердотельные резисторы необходимы только для стабилизации тока в начале цепи. Резисторы с диэлектриками могут использоваться на пару с выпрямительными мостами. В целом указанные тиристоры способны похвастаться высокой точностью. Однако они довольно чувствительные и рабочую температуру держат на низком уровне. За счет этого интенсивность отказов может быть фатальной.
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!
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
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
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
