2.2. Методи і пристрої регулювання напруги трансформатора і каскаду трансформаторів

Експлуатація високовольтних випробувальних установок вимагає регулювання напруги на навантаженні. Це доцільно здійснювати на затискачах низьковольтної обмотки трансформатора [1, 2, 4].

Вибираючи спосіб регулювання і регулюючий пристрій, необхідно враховувати технічні характеристики: потужність регулятора, величину регульованої напруги, швидкість і межі регулювання. Виходячи із цього, до регуляторів напруги пред'являються наступні вимоги:

· втрати в регуляторі повинні бути мінімальні, і його потужність повинна відповідати потужності, реалізованої на навантаженні;

· забезпечувати достатні межі, плавність і швидкість регулювання;

· регулятори не повинні вносити перекручування у форму кривої напруги;

· регулюючий пристрій повинне бути надійним, простим в обслуговуванні і мати гарні масогабаритні показники.

Найбільш простим способом регулювання є реостатний спосіб (рис. 2.4, а). Однак більші втрати на опорі, підгоряння опорів і перекручування кривої напруги обмежують їхнє застосування при потужностях не більше 0,5 кВА.

Широко застосовується автотрансформаторний спосіб регулювання. Існують два різновиди регулювання: з ковзними контактами (рис. 2.4, б) і з короткозамкненою рухливою обмоткою (рис. 2.4, в). Принцип регулювання в першому випадку полягає в тому, що регульована напруга (U_р) знімається із частини обмотки, до якої прикладена напруга мережі (U_с). Такий спосіб забезпечує досить плавне регулювання і малі втрати.

Недоліком є те, що відбувається підгоряння ковзних контактів і обмотки. Застосовується при потужностях трансформатора до 20 кВА.

У другому випадку (рис. 2.4, в) регулювання здійснюється зміною індуктивного зв'язку між обмотками. Напруга мережі прикладається до обмотки, що складається із двох однакових секцій. Регульована напруга знімається з однієї із секцій.

Рис. 2.4. Електричні схеми пристроїв регулювання напруги: реостатний (а), автотрансформаторний з ковзними контактами (б) і короткозамкненою обмоткою (в), індукційний (г); R₁, R₂ – опір реостатів; W_р, W_с – обмотки ротора і статора; К – короткозамкнена рухлива обмотка

Магнітний потік, створюваний струмом, що протікає в секціях обмотки, частково або повністю компенсується магнітним потоком, створюваним струмом у рухливій короткозамкненій обмотці (К) залежно від місця розташування її щодо секцій обмотки. Відсутність ковзних контактів і висока плавність регулювання дозволяють застосовувати такі регулятори при потужності до 250 кВА. Деяким недоліком є втрати холостого ходу.

Регулювання напруги індуктивними регуляторами. Індуктивний регулятор представляє із себе електродвигун із загальмованим фазним ротором. Обмотку ротора можна механічно повертати на певний кут щодо обмотки статора. Напруга мережі підводить до обмотки ротора. На обмотці статора наводиться ЕДС, величина якої залежить від взаємного розташування обмоток ротора (W_р) і статора (W_с). Регульована напруга сумується з напруги мережі і ЕДС, що наводить обмотки статора (DU): U_р = U_c ± DU. Цей спосіб забезпечує плавність регулювання і відсутність ковзних контактів. Недоліком є втрати холостого ходу. Використовується при потужності трансформатора до 30 кВА.

Для регулювання напруги потужних трансформаторів і каскадів трансформаторів використають регулятори на базі трансформаторів з рухливими обмотками (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема розташування обмоток у пазах стрижня і ярма (а), електрична схема регулювального трансформатора (б) і схема регулювального трансформатора з додатковим трансформатором (в); 1, 2 – вторинна й первинна обмотки регулювальні трансформатори; 3 й 4 – первинна й вторинна обмотки додаткові трансформатори

Суть способу полягає в тому, що механічно здійснюється переміщення стрижня (С), на якому розташована вторинна обмотка (1) щодо вторинної обмотки (2), що складається із двох однакових секцій, розташованих у пазах ярма (Я) (рис. 2.5, а). Внаслідок цього міняється електромагнітний зв'язок між обмотками. При переміщенні стрижня вторинна обмотка охоплюється повністю або частково магнітним потоком однієї або іншої секції первинної обмотки (2). На вторинній обмотці наводиться ЕДС залежно від їхнього взаємного місця положення. Для розширення діапазону регульованої напруги використовують регулювальний трансформатор (Т₁) з додатковим трансформатором (Т₂) (рис. 2.5, в). Регульована напруга представляє в цьому випадку алгебраїчну суму що наводять ЕДС на обмотках 1 і 4. Недоліком такого способу є більші втрати холостого ходу, складність конструкції регулювального трансформатора. Може застосовуватися при потужностях до декількох мегавольтампер.