Трансформаторы и автотрансформаторы, имеющие регулируемые обмотки с параллельными ветвями, относятся к числу трансформаторов, в которых регулирование напряжения осуществляется изменением коэффициента трансформации.
В последнее время разработке и осуществлению конструкции таких трансформаторов уделяется все больше внимания. Объясняется это тем, что регулирование напряжения в таких трансформаторах осуществляется с применением простого переключателя, не имеющего каких-либо токоограничивающих сопротивлений.
Регулирование осуществляется без разрыва цепи (под нагрузкой), и для перемещения переключателя с одной позиции на другую требуется незначительная мощность. Все это позволяет выполнить переключатель компактным, с предельно упрощенной схемой автоматизации.
Заводом «Электровыпрямитель» создана и испытана конструкция автотрансформатора, представленная на рис. 16, а.
Рис. 16. Схемы трансформаторов с параллельными ветвями обмоток:
а) автотрансформатор с плавным регулированием напряжения; б) трансформатор со ступенчатым регулированием напряжения.
Обмотка автотрансформатора имеет две параллельные ветви, изолированные друг от друга и рассчитанные на половину рабочего тока. Узкая сторона проводниковой шины, которой выполнены параллельные ветви, и диаметр роликовой щетки подобраны таким образом, что при перемещении по обмотке не образуется короткозамкнутых витков в любой из параллельных ветвей, иначе говоря, щетка постоянно имеет контакт только с одним витком каждой из изолированных параллельных ветвей.
Для ограничения в крайних положениях щетки возможных уравнительных токов параллельные ветви обмотки соединены между собой через небольшие токоограничивающие дроссели.
На рис. 16, б дана схема трансформатора, разработанного в Казахском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства.
Первичная обмотка трансформатора выполнена двойным проводом, она как бы расщеплена на две параллельные ветви а—в и а1—в1 с равным числом витков W и W1. Вторичная обмотка трансформатора выполнена в обычном виде.
По контактам, принадлежащим отпайкам первичной обмотки трансформатора, перемещается подвижная щетка А. С перемещением щетки меняется коэффициент трансформации, и следовательно, меняется величина напряжения на зажимах вторичной обмотки. Регулирование напряжения в трансформаторе осуществляется ступенчато.
В рабочих положениях щетка А замыкает собою контакты а и а1, а1—ах и т. д., при этом обе ветви обмотки с числом витков W1 и W работают параллельно, токи в них равны между собой, и рассматриваемый трансформатор аналогичен обычному трансформатору. Разница состоит лишь в том, что первичная обмотка у него выполнена двойным приводом.
Ширина подвижной щетки А несколько меньше ширины одной контактной пластины.
Рассмотрим процесс переключения при перемещении подвижной щетки из одного рабочего положения в другое.
Так, например, при движении щетки А вниз по контактам в первый момент отключается левая (по чертежу) ветвь обмотки с числом витков W. Всю нагрузку будет нести правая ветвь с числом витков W1.
При своем дальнейшем движении щетка накоротко замкнет пластины а1 и ах. В этом случае под общее напряжение и будут параллельно включены ветви обмотки
где Z ком. конт — полное сопротивление коммутируемого контура.
При дальнейшем движении щетка замыкает оба контакта соседней ступени (а и а1), токи в обмотках выравниваются, и напряжение на вторичной стороне трансформатора повышается на величину одной ступени.
Таким образом, переключение ступеней происходит без разрыва цепи и включения каких-либо дополнительных сопротивлений для гашения уравнительного тока.
В КНИИМЭСХ создан и испытан образец трансформатора с параллельными ветвями, а также простой по конструкции шаговый переключатель для трансформаторов мощностью от 25 до 400 кВА.
Несмотря на хорошую работу трансформатора и упрощение переключателя, в схеме имеется существенный недостаток, который приводит к конструктивному усложнению трансформатора. Как видно из рис. 16, б, на каждую ступень приходится по две контактных пластины, и следовательно, по две отпайки от высоковольтной обмотки трансформатора.
Если считать, что трансформатор должен иметь хотя бы шесть ступеней регулирования, то, следовательно, обмотка трансформатора должна иметь 12 отпаек, что практически представляет определенное неудобство. Кроме того, контактное переключение является, как известно, само по себе общим недостатком всех трансформаторов со ступенчатым регулированием напряжения.
