Содержание материала

Трансформаторы с магнитными шунтами можно разделить на трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунта (ТРПШ) постоянным током, и трансформаторы с магнитной коммутацией — ТМК.
В трансформаторах с магнитными шунтами регулирование напряжения достигается путем ответвления части магнитного потока в шунте.
Весьма значительные исследования ТРПШ были выполнены в Горьковском политехническом институте имени А. А. Жданова под руководством профессора А. М. Бамдаса. 

В работах, которые являются развитием идей бесконтактного регулирования (трансформатор по английскому патенту № 031124 за 1934 г. показан на рис. 12, а), сделана попытка рассмотреть вопрос с новых позиций, поскольку была предложена видоизмененная электромагнитная система, которая позволила значительно уменьшить величину регулируемого потока рассеяния обмоток трансформатора. Так как в исходной конструкции первичная н вторичная обмотки были размещены на разных стержнях, то, естественно, трансформатор имел повышенное рассеяние и, как следует из классических соотношений теории трансформатора, худшее использование активных материалов.
В трансформаторах, разработанных в последние годы (см. рис. 12, б), обмотки максимально сближаются друг с другом, и эти конструкции по величине рассеяния приближаются к трансформаторам обычного исполнения, когда обмотки размещены на одном стержне и имеют общий канал рассеяния (при минимальной магнитной проводимости шунта).
С методической точки зрения ТРПШ представляют собой своеобразную модификацию обычного трансформатора. Отличие заключается только в большей величине суммарного рассеяния, которая может регулироваться.
Общие выводы, к которым пришли авторы на основании всех проведенных исследований, сводятся к следующему.

  1. Трансформаторы с магнитным шунтом позволят плавно и бесконтактно регулировать величину вторичного напряжения в определенном диапазоне.
  2. Величина диапазона регулирования находится в прямо пропорциональной зависимости от сечения магнитного шунта.
  3. У всех экспериментальных трансформаторов наблюдается искажение формы кривой выходного напряжения и изменение коэффициента мощности.
  4. Расход активных материалов по сравнению с аналогичными системами с дросселями насыщения у ТРПШ меньше, но больше, чем у трансформатора, регулируемого путем переключения отпаек.

Из выводов следует, что, несмотря на большой объем исследований, основные качественные и количественные соотношения остались невыясненными. Неясно, например, почему искажается кривая вторичного напряжения, то есть, какова физическая причина, лежащая в основе этого искажения; как зависит изменение внутреннего коэффициента мощности от параметров трансформатора; каковы количественные соотношения, связывающие сечение шунта и тока подмагничивания со статизмом внешней характеристики, к.п.д. трансформатора, затратой активных материалов, диапазона регулирования и т. п. Однако даже и без ответа на некоторые из этих вопросов можно определенно говорить о целесообразности применения ТРПШ в качестве силового трансформатора. Достаточно сделать анализ по затрате активных материалов и рассмотреть основные энергетические соотношения.
Анализ ТРПШ можно произвести при помощи полной векторной диаграммы (рис. 13). В диаграмме вектор тока первичной обмотки направлен в положительном направлении вещественной оси. Остальные векторы ориентированы в соответствии с основными методическими представлениями, принятыми при построении векторных диаграмм, и пояснений не требуют.
Из диаграммы следует, что регулирование осуществляется за счет изменения величины векторов и . Абсолютная величина этих векторов пропорциональна величине магнитного потока Фш, который ответвляется в магнитный шунт. Величина потока, в свою очередь, зависит от величины тока в обмотках подмагничивания W, который в конечном итоге воздействует на магнитную проницаемость трансформаторной стали.


Поскольку использование активных материалов характеризуется величиной вектора, то ТРПШ в режиме наименьшего напряжения будет проигрывать по сравнению с трансформатором, у которого регулирование осуществляется переключением отпаек.
Кроме того, в режиме наименьшего напряжения ТРПШ будет потреблять из сети дополнительную реактивную мощность, величина которой с достаточной степенью приближения пропорциональна векторам , то есть регулирование осуществляется, по существу, последовательным включением катушки индуктивности. И другое. В режиме максимального напряжения магнитный шунт работает при недопустимо высоком значении индукции, а это вызывает дополнительные потери и искажает кривую вторичного напряжения.
Из сказанного выше можно достаточно обоснованно сделать вывод, что трансформаторы с магнитными шунтами нельзя рекомендовать для сельской электрификации в качестве силовых трансформаторов.