Еквивалентни схеми и параметри на автотрансформатори
Автотрансформаторите, като правило, се инсталират в мощни възлови подстанции на областни мрежи и са предназначени за свързване на мрежи с две номинални напрежения. От шините средно напрежение на такива подстанции обикновено цели райони с голям брой потребители получават електричество. Изображението на автотрансформатора в електрическата схема на мрежата при наличие на превключвател под натоварване (регулиране на напрежението под товар) е показано на фиг. 6.
Автотрансформаторът (AT) има последователна намотка (P), обща намотка (O) и намотка за ниско напрежение (H).
Серийните и общите намотки са електрически свързани помежду си и са пробити от общ магнитен поток, докато намотката с ниско напрежение е свързана към тях само чрез магнитно свързване, което е показано на фиг. 6.
 |  |
Ориз. 6. Автотрансформатор.
а) изображение на автотрансформатор в електрически вериги;
б) схема на свързване на намотките на автотрансформатора
Автотрансформаторите се характеризират с две стойности на мощността:номинална е максималната мощност, която може да бъде прехвърлена от страна на високо напрежение ( ),типична е мощността на последователната намотка ( ). Номиналната мощност на общата намотка също е равна на типичната мощност, а намотката с ниско напрежение се изчислява за мощност, по-малка или равна на типичната мощност. Връзката между номиналната и типичната мощност на AT се определя от израза
,
където a е коефициентът на рентабилност на автотрансформатора:
.
Колкото по-нисък е коефициентът на рентабилност, толкова по-икономичен е автотрансформаторът в сравнение с трансформатора с три намотки. В електрически мрежи с a=0,25; 0,4; 0,5.
При изчисляване на електрическите мрежи автотрансформаторите се вземат предвид чрез еквивалентни схеми (фиг. 7).Пълната еквивалентна схема на автотрансформатор има формата на трилъчева звезда, където са активните съпротивления на съответните намотки с по-високо, средно и по-ниско напрежение, като се вземат предвид загубите на активна мощност за нагряване на намотките; - съответно индуктивните съпротивления на намотките отчитат индуктивната мощност за потоци на утечки.
Ориз. 7. Пълна еквивалентна схема на автотрансформатора
Магнетизиращият клон е свързан от страната на захранващата намотка, докато - активната проводимост се дължи на загубите на активна мощност за нагряване на магнитната верига, и - реактивната проводимост определя магнитния поток на взаимната индукция на намотките.
Всички параметри на еквивалентната схема са дадени на номиналното напрежение на намотката с по-високо напрежение. За изчисляване на действителните стойности на напреженията и токовете в намотките за средно и ниско напрежение във веригата са включени идеални трансформатори (трансформатори без загуби на мощност), които отчитат коефициента на трансформация в режим на празен ход.
Автотрансформаторите се характеризират със следните каталожни данни [1, 2, 3]:
– номинална мощност, MVA; - номинални линейни напрежения, съответно, на намотките на по-високо (HV), средно (SN), по-ниско (LV) напрежение, kV, tk. параметрите на еквивалентната схема са свързани с напрежението на HV намотката, след което при по-нататъшни изчисления напреженията се задават при празен ход на трансформатора; - максималния брой положителни и отрицателни контролни клонове по отношение на главния изход на високоволтовата намотка, - относителната стойност на промяната на напрежението в проценти за един клон;
– общи загуби на късо съединение за две намотки, kW; – напрежение на късо съединение, %. – загуби на празен ход, kW; – ток на празен ход, %.
За AT се провеждат три кратки експеримента.верига, всяка от които включва две намотки. Например, в случай на късо съединение на изходите на намотката MV, отворена намотка LV и връзка към източника на изходите на намотката HV, стойностите също се измерват, когато номиналните токове протичат през намотките HV и MV. Следователно количествата и се приписват на автотрансформатора. Ако в теста за късо съединение участва намотка с ниско напрежение, през намотките протичат токове, съответстващи на номиналната мощност на намотката НН, т.е. типична мощност на автотрансформатора. Следователно и - се отнасят до типичната мощност, следователно посочените стойности водят до номиналната мощност на AT;
Използвайки каталожните данни на автотрансформатора, се изчисляват параметрите на еквивалентната схема.
При определяне на активните съпротивления са възможни два случая:
1. В референтните данни са дадени три стойности на загубите от късо съединение (къси съединения):
.
Тук - загуби от късо съединение, свързани с номиналната мощност на АТ;
- загуби от късо съединение, свързани с типичната мощност на АТ; a е факторът печалба.
Загубите при късо съединение във всяка намотка на автотрансформатор се изчисляват:
След това се изчисляват активните съпротивления на еквивалентната верига:
(1)
2. Референтните данни показват една стойност на загуба на късо съединение. Той определя общото активно съпротивление на двете намотки:
Мощността на намотката с високо напрежение е равна на номиналната мощност на автотрансформатора, а мощността на намотката с ниско напрежение е не повече от 50% от нея. При наличие на магнитно свързване активните съпротивления в еквивалентната верига са обратно пропорционални на мощностите на съответните намотки:
и за намотката НН
Напреженията на късо съединение се използват за изчисляване на индуктивно съпротивление. Напреженията, посочени в каталожните данни и трябва първода се доведе до номиналната мощност на АТ.
И .