Простые вольтодобавочные устройства. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы тока, напряжения, мощности

 Комментарии к статье

В статье приводятся описания простых вольтодобавочных устройств, которые позволяют повысить напряжение в электрической сети на определенную величину или понизить его путем использования обычных понижающих трансформаторов.

На практике нередко возникает необходимость, например, понизить повышенное напряжение до уровня номинального с целью продления срока службы ламп накаливания или повысить пониженное напряжение с целью увеличения светоотдачи ламп.

Наиболее просто, доступно и экономично это можно осуществить с помощью обычного понижающего двухобмоточного трансформатора, включив его по схеме вольтодобавки. Такое включение означает, что вторичная низковольтная обмотка трансформатора включается последовательно с нагрузкой, а первичная, высшего напряжения, - параллельно к нагрузке или к зажимам сети.

На рис.1 приведены схемы включения вольтодобавочных трансформаторов и их векторные диаграммы.

С целью упрощения векторные диаграммы построены без учета потерь во вторичных обмотках трансформаторов. На рис.1,а приведены схема включения вольтодобавочного трансформатора и его векторная диаграмма при согласном включении его обмоток, при котором магнитные потоки обмоток совпадают по направлению.

На рис.1,б показана схема при встречном включении обмоток, что приводит к встречному направлению магнитных потоков и, следовательно, к уменьшению результирующего магнитного потока трансформатора.

Как видно из представленных рисунков, с помощью обычного понижающего трансформатора можно повысить или понизить напряжение на нагрузке на величину ±∆U в зависимости от того, каким образом включены его обмотки - согласно или встречно.

Иными словами, необходимая величина вольтодобавки определяется величиной напряжения вторичной обмотки обычного понижающего трансформатора. Рассмотрим пример. Имеем однофазный понижающий трансформатор типа ОСО-0,25 (осветительный однофазный мощностью 250 ВА) напряжением 220/36 В (в обиходе называемый "котельник"), намотанный на Г-образном сердечнике. Вторичное напряжение данного трансформатора 36 В и будет составлять величину вольтодобавки U=36 В, которая может добавляться к напряжению сети 220 В или отниматься от него в зависимости от согласного или встречного включения обмоток: 220+36=256 или 220−36=184 (В). Предположим, что напряжение в сети понижено и составляет 180 В, тогда с помощью обычного трансформатора по схеме вольтодобавки, при согласном включении обмоток, его можно поднять, приблизить к номинальному, так как U2=180+36=216 (В). При повышенном напряжении в сети, например, U1=256 В относительно номинального на нагрузке его можно понизить, поменяв местами концы любой из обмоток трансформатора. В этом случае для нашего примера U2=U1−∆U=256−36=220 (B), т.е. на зажимах нагрузки имеем номинальное напряжение.

В тех случаях, когда необходимая величина вольтодобавки не соответствует стандартным вторичным напряжениям трансформаторов, вторичную обмотку перематывают на необходимое напряжение, например, на 20 В. При этом не исключается возможность домотки или отмотки определенного количества витков вторичной обмотки трансформатора с целью получения необходимой величины вольтодобавки, так как вторичная обмотка намотана поверх первичной.

Вторичная обмотка трансформатора должна выдерживать ток нагрузки. Полная мощность трансформатора через вторичные величины S=U2I2, откуда ток вторичной обмотки I2=S/U2. Для

 трансформатора ОСО-0,25 220/36 В этот ток составит I2=250/36=6,1 (A). Таким образом, через вторичную обмотку данного вольтодобавочного трансформатора можно пропускать ток нагрузки до 6,1 А.

Мощность однофазного трансформатора, который используется для вольтодобавки, в несколько раз меньше мощности нагрузки. Определяется она по формуле:

Sвт=Sном⋅∆U/U=1000⋅22/220=100 (ВА),

где Sвт - мощность однофазного трансформатора, используемого для вольтодобавки, ВА; Sном - полная мощность нагрузки, ВА; ∆U - величина необходимой вольтодобавки, В; U1 - напряжение сети, к которой подключается вольтодобавочный трансформатор, В.

Например, при необходимой величине вольтодобавки ∆U=22 В, мощности нагрузки Sном=1000 ВА и напряжении сети U1=220 В, мощность трансформатора вольтодобавки составит всего Sвт=100 ВА, т.е. в 10 раз меньше мощности нагрузки. Следовательно, габариты, масса и стоимость такого вольтодобавочного устройства относительно невелики.

КПД вольтодобавочного устройства достигает значений 0,99...0,995, масса на единицу мощности 2,5...3 кг/кВ⋅А. Потери напряжения и активной мощности в таком трансформаторе малы и соответственно равны 0,5...3, поэтому их можно не учитывать.

Показанные на рис.1 схемы включения вольтодобавочных трансформаторов позволяют повысить или понизить напряжение на нагрузке на определенную постоянную нерегулируемую величину, в связи с чем они получили название нерегулируемых, или "глухих", вольтодобавочных трансформаторов.

Следует учитывать, что нерегулируемые вольтодобавочные трансформаторы создают надбавку напряжения ∆U независимо от режима нагрузки сети. Благодаря этому, необходимо выбирать величину надбавки не по режиму минимального (максимального) напряжения, а по режиму минимальной нагрузки, когда напряжение выше. Поэтому нерегулируемая схема включения вольтодобавочного трансформатора всегда приемлема там, где независимо от времени года и величины нагрузки во всех режимах требуется повысить, реже понизить напряжение на величину ∆U.

Вольтодобавочное устройство может быть выполнено трехфазным. Принципиальная схема такого устройства показана на рис.2.

Оно может быть создано из подручных средств, которыми располагает практически каждое предприятие, а именно: из трех однофазных котельных (ОСО-0,25, ОСМ-0,4У3) или сварочных трансформаторов. Вторичные обмотки этих трансформаторов напряжением 12...36 и 40...60 В рассчитаны на большие токи и могут быть использованы для включения в рассечку линии в качестве последовательных. Этими обмотками и создается добавочное напряжение ∆U. Первичные обмотки этих трансформаторов выполняют функции возбуждающих и могут включаться по схеме звезды или треугольника непосредственно в трехфазную сеть. Такие трансформаторы могут найти применение в протяженных заводских и сельскохозяйственных сетях.

Для бытовых целей в качестве вольтодобавочных трансформаторов могут быть использованы подходящие трансформаторы от радио- и телеаппаратуры, как, например, показано в [1].

Вольтодобавочные трансформаторы чаще всего используются для увеличения напряжения, хотя их можно выполнить реверсивными. Схема такого вольтодобавочного устройства приведена на рис.3.

Она отличается от схем, показанных на рис.1, наличием двухполюсного переключателя SA1 на три положения с нейтральным положением подвижных контактов в среднем положении. Примером такого переключателя может служить тумблер типа ВТ3 на ток коммутации 3 А (до 660 Вт) и напряжение коммутации ~220 В с фиксацией ручки управления в среднем и крайнем положениях. При замкнутых контактах 1-2 и 3-4 переключателя SA1 обмотки W1 и W2 трансформатора ВТ подключены к сети, и на выходе устройства напряжение повышено на величину +∆U относительно напряжения сети. Если же замкнуты контакты 2-5 и 4-6 переключателя, то концы вторичной обмотки W2 трансформатора меняются местами. Следовательно, магнитные потоки обмоток направлены встречно, и на выходе устройства напряжение будет понижено на величину −∆U. В среднем положении ручки переключателя SA1 обмотка W2 отсоединена от сети и током не обтекается, не обтекаются током также нагрузка и первичная обмотка W1 трансформатора ВТ.

При эксплуатации вольтодобавочного устройства следует иметь в виду, что размыкать первичную обмотку W1 трансформатора ВТ при работе устройства недопустимо, исходя из условий техники безопасности и правил технической эксплуатации электроустановок. Дело в том, что при размыкании первичной обмотки W1 ток во вторичной обмотке W2 останется прежним и равным току нагрузки. По сути, такой режим работы трансформатора - это режим холостого хода, но с током холостого хода трансформатора, равным току нагрузки, что во много раз больше обычного тока холостого хода трансформатора, причем этот ток является полностью намагничивающим. Это приводит к значительному увеличению магнитного потока трансформатора.

Потери же в магнитопроводе трансформатора пропорциональны квадрату магнитного потока. В результате происходит сильный разогрев сердечника трансформатора, что опасно для его изоляции, возможно даже самовозгорание трансформатора.

Кроме того, ЭДС первичной обмотки W1 возрастает пропорционально магнитному потоку и может достигать больших значений, опасных как для самого трансформатора, так и для жизни

 окружающих. Проведенные в свое время автором исследования трансформатора типа ОСО-0,25 в режиме вольтодобавочного при разомкнутой первичной обмотке и даже не полной его загрузке приводили к появлению ЭДС на зажимах первичной обмотки 500 В, причем с увеличением нагрузки величина ЭДС увеличивалась.

При больших токах нагрузки или необходимости дистанционного управления вольтодобавочным трансформатором в качестве переключающего устройства можно использовать магнитные пускатели или сильноточные реле. Принципиальная схема такого вольтодобавочного устройства показана на рис.4.

Оно работает следующим образом. В исходном предпусковом состоянии катушки К1 и К2 магнитных пускателей обесточены, и их силовые контакты К1.1, К1.2 и К2.1, К2.2 в цепи вторичной обмотки W2 трансформатора ВТ разомкнуты. В результате трансформатор ВТ и нагрузка обесточены.

Для повышения напряжения на нагрузке на величину ∆U нажимают кнопку "Больше". В результате катушка К1 первого магнитного пускателя обтекается током, пускатель срабатывает и силовыми контактами К1.1 и К1.2 подключает обмотки трансформатора ВТ к сети, одновременно контактом К1.4 блокируется кнопка включения "Больше", и размыкаются контакты К1.3 электрической блокировки.

При необходимости уменьшения напряжения на нагрузке нажимают кнопку "Стоп", в этом случае схема приходит в исходное состояние (все силовые контакты разомкнуты), а затем нажимают кнопку "Меньше". Схема работает аналогичным образом, но при этом срабатывает второй магнитный пускатель, который замыкает свои силовые контакты К2.1 и К2.2 в цепи вторичной обмотки W2 трансформатора ВТ, в результате фаза тока в ней меняется на противоположную, и напряжение на выходе вольтодобавочного устройства уменьшается на величину ∆U.

Кроме двух обычных магнитных пускателей, для данной схемы может быть использован один реверсивный, например, типа ПМЕ-11-3 на ток 10 А и напряжение 380 В с напряжением катушек включения 220 В, который снабжен устройством механической блокировки от одновременного включения всех силовых контактов пускателя.

Литература:

1. Коломойцев К.В. Еще раз о вечной лампочке//Электрик. 2002. - №1. - С.9.
2. Тайц А.А., Мешель Б.С. Регулирование напряжения и реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий. - М.: Госэнергоиздат, 1960.

Автор: К.В. Коломойцев

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы тока, напряжения, мощности.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Паника среди мышей 10.04.2004 Когда в театре или на дискотеке возникает пожар, нередко люди в панике бросаются к единственному выходу и давят друг друга. Сотрудники Филиппинского университета смоделировали эту ситуацию на мышах. Шесть десятков мышей, заключенных в контейнер с водой, пытались перебраться на сухую поверхность сквозь дверцы разной ширины. Размеры выхода меняли таким образом, что сначала в щель могла проскользнуть одна мышь, затем одновременно две, три и четыре, расстояние между дверцами тоже было разным. Количество мышей в клетке оставалось неизменным - как только одна выскальзывала, сажали другую, так что постоянно поддерживалась ситуация паники. Оказалось, что мыши быстрее выбирались из ловушки, когда в дверь могла пролезть лишь одна особь: тогда зверьки выстраивались в очередь. Как только щель расширяли, они начинали толкаться и бороться друг с другом. В итоге им требовалось больше времени, чтобы выбраться на сухое место. Кроме того, когда дверцы располагались на слишком небольшом расстоянии одна от другой, группы мышей перемешивались, дополнительно замедляя выход. Результаты эксперимента согласуются с данными компьютерной программы, моделирующей поведение человека в ситуации паники. Филиппинские ученые надеются, что это поможет архитекторам при проектировании зданий: спасаясь, люди будут вынуждены образовывать очередь. Впрочем, большинство компьютерных моделей паникующей толпы и экспериментов с животными не очень соответствуют реальным случаям, так как в них не могут учитываться психологические аспекты поведения человека: во время эвакуации многие люди проявляют исключительную самоотверженность.

Другие интересные новости:

▪ Ископаемый кролик-гигант

▪ Двумерный суперкристаллический квантовый газ

▪ Восстановление пирамиды Менкаура в Гизе

▪ Информацию о человечестве отправят в космос

▪ Беспроводный химический датчик

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья Умирающий лебедь. Крылатое выражение

▪ статья Кто такая Жанна Д'Арк? Подробный ответ

▪ статья Огневые работы на предприятиях нефтепродуктообеспечения. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Велофара на светодиодах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Индикатор прослушивания разговора на параллельном телефоне. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025