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:

Генетика узоров на крыльях бабочек 07.09.2024

Бабочки давно привлекают внимание людей своими яркими и сложными узорами на крыльях. Эти удивительные образы служат не только для красоты, но и выполняют важные функции в жизни насекомых, такие как маскировка и привлечение партнеров. Недавнее открытие международной группы ученых проливает новый свет на генетические механизмы, ответственные за формирование этих узоров. До недавнего времени считалось, что ключевую роль в создании цветовых узоров на крыльях бабочек играют белки, производимые в клетках. Они обеспечивают расположение и распределение пигментов, которые и создают разнообразие цветов и оттенков. Однако новое исследование показало, что этот процесс гораздо сложнее и включает неожиданные механизмы на уровне генетики. Ученые обнаружили, что определяющим фактором в создании узоров на крыльях бабочек является не производство белков, как предполагалось ранее, а специфические молекулы РНК. Эти молекулы, производимые особым геном, играют решающую роль в контроле за формированием ...>>

Технология испарения пластика 07.09.2024

В наше время проблема пластиковых отходов стоит как никогда остро. Пластик, который окружает нас повсюду, загрязняет окружающую среду и требует решений для его эффективной переработки. Одним из таких решений стало новое открытие ученых из Калифорнийского университета в Беркли, которое обещает изменить подход к переработке пластика и приближает нас к созданию круговой экономики, где отходы становятся ценным ресурсом. Исследователи разработали инновационный химический процесс, который позволяет разлагать полиэтилен и полипропилен - главные компоненты одноразового пластика - до их исходных мономеров. Эти мономеры, в свою очередь, можно использовать для создания новых пластиков. Такой подход не только сокращает потребность в ископаемом сырье, но и открывает возможности для многократного использования материалов. Ключевым достижением стало замещение дорогих и нестабильных катализаторов, применяемых ранее, на более доступные и устойчивые. Новые катализаторы на основе натрия и вольфрама ...>>

Дружба детей из разных социальных слоев помогает снизить уровень бедности 06.09.2024

Социальные связи играют важную роль в жизни человека, влияя на его перспективы, карьеру и уровень дохода. Недавние исследования американских ученых показали, что дружба между детьми из семей с разным материальным положением может оказать значительное влияние на снижение уровня бедности. Такой неожиданный вывод подчеркивает важность социального взаимодействия между разными слоями общества и открывает новые возможности для преодоления экономического неравенства. Группа исследователей из США провела масштабное исследование, посвященное изучению дружбы между детьми из богатых и бедных семей. Результаты показали, что такие межклассовые дружеские связи, сформированные в раннем возрасте, способствуют увеличению доходов детей из малообеспеченных семей в будущем. Это происходит за счет того, что такие дружеские отношения открывают доступ к новым социальным сетям и возможностям, которые в ином случае могли бы быть недоступны. В разных странах существуют различные механизмы, которые позволя ...>>

Случайная новость из Архива Ультраобработанная пища повышает риск депрессии 20.11.2023 Испанские ученые выдвинули тезис о негативном воздействии определенных продуктов на состояние психического здоровья. Согласно их данным, речь идет об ультраобработанной пище, к которой относятся сладкие газированные напитки, чипсы, энергетические напитки, сухие завтраки и фастфуд. Исследование подтверждает важность осознанного выбора продуктов, особенно в контексте ультраобработанной пищи, и его потенциальное влияние на психическое здоровье. С учетом этих результатов, важно развивать осознанность в питании для поддержания общего благополучия. В рамках исследования более 150 добровольцев прошли проверку, оценивая употребление видов ультраобработанной пищи, и регулярно сдавали анализы. Результаты показали, что ультраобработанная пища действительно ассоциируется с возникновением депрессии. Кроме того, вредная пища оказала негативное воздействие на объем определенных участков мозга, играющих ключевую роль в процессе выбора продуктов, так как обрабатывают информацию о предыдущих вкусовых восприятиях.

Другие интересные новости:

▪ Китайские безымянные смартфоны подешевели

▪ DC-DC преобразователь SPB05 5 Вт в корпусе SIP

▪ Фотореле Toshiba среднего напряжения для промышленного применения

▪ Новые профессиональные сканеры формата А3

▪ Польза вибраций

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Нормативная документация по охране труда. Подборка статей

▪ статья Чтение карты. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Почему люди не могут дышать и глотать одновременно? Подробный ответ

▪ статья Сторож пионерского лагеря. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Целлулоидные лаки (цапонлаки). Простые рецепты и советы

▪ статья Устройство ориентировки антенн. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024