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:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Специальные электроды для работы аккумуляторов при морозе 26.06.2022 Известно, что температуры ниже точки замерзания воды весьма пагубно влияют на основные параметры литий-ионных аккумуляторных батарей. В контексте электрических автомобилей и прочих транспортных средств это означает сокращение дальности поездки, увеличение времени зарядки, проблемы с регенеративными системами торможения и многое другое. Поэтому инженеры и ученые, занимающиеся разработкой новых аккумуляторных батарей, уделяют большое внимание не только вопросам увеличения их емкости, но и обеспечению бесперебойной работы в условиях экстремальных температур. Некоторые из автопроизводителей, в частности компания Ford, оборудуют батареи своих автомобилей датчиками температуры и нагревателями, которые удерживают температуру батареи в допустимых пределах. При этом, часть энергии батарей уходит на их подогрев, что снижает дальность поездки электрического автомобиля. Другие изготовители батарей используют специальные электролиты, способные работать при температурах ниже нуля. В этой же области работает группа, в состав которой входят ученые из нескольких китайских научных учреждений. Они провели исследования, результаты которых показали, что одним из уязвимых компонентов батареи, ответственный за потерю емкости при понижении температуры, является анод, один из двух электродов батареи. Как правило, аноды изготавливаются из графита, имеющего плоскую гладкую поверхность. Поэтому китайские ученые начали экспериментировать с различными альтернативными вариантами и, в конце концов, они наткнулись на весьма многообещающее решение. Ученые взяли композитный материал ZIF-67 (cobalt-containing zeolite imidazolate framework) и нагрели его до высокой температуры, в результате чего образовались 12-сторонние углеродные наносферы. Эти крошечные структуры имеют очень развитую поверхность, кроме этого, они обладают превосходной электропроводностью. Спрессовав полученный материал, исследователи изготовили анод для батареи в форме монеты с литиево-металлическим катодом. Проведенные эксперименты показали, что созданная батарея обеспечивает стабильные характеристики при заряде и разряде в диапазоне температур от 25 до -20 градусов Цельсия. При температурах ниже нуля емкость батареи все же падает, но незначительно, до 85,9 процента от первоначальной емкости, что несравнимо с аналогичным показателями традиционных литий-ионных батарей. И даже при температуре в -35 градусов Цельсия батарея с новым анодом оказалась способной принять заряд и практически полностью отдать его в процессе разрядки. Ученые считают, что внедрение результатов их работы способно значительно расширить функциональность работы литий-ионных аккумуляторов в условиях экстремальной окружающей среды. А выгоду с этого могут поиметь не только электрические автомобили, но и беспилотники различного назначения, космические аппараты и многое другое.

Другие интересные новости:

▪ Сополимеры в 5 раз увеличат емкость HDD

▪ Названо самое быстрое животное

▪ Брюки с электроприводом для активного отдыха

▪ Новые Toshiba Regza - телевизоры с жестким диском

▪ Шампост - компост после выращивания шампиньонов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. Подборка статей

▪ статья Джордж Сэвил Галифакс. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое ревматическая атака? Подробный ответ

▪ статья Наладчик электротехнических устройств. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Продление срока службы и регулировка яркости свечения галогенных ламп. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Хитрый фокус. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026