Автотрансформатор что это: устройство, принцип действия, схема, типы

Содержание

Что такое автотрансформатор?

Трансформатор, в общем смысле, предназначается для преобразования входного тока одного напряжения в выходной ток другого напряжения. В случаях, когда возникает необходимость изменить напряжение в небольших пределах, проще и целесообразнее использовать для этих целей однообмоточный трансформатор – так называемый автотрансформатор, вместо двухобмоточного.

Итак, автотрансформатор – это один из вариантов электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, благодаря чему, имеют и электромагнитную и гальваническую связь.

Объединенная обмотка автотрансформатора имеет минимум 3 вывода. Подключаясь к этим выводам, можно получать разные напряжения. При малых коэффициентах трансформации от 1 до 2, автотрансформаторы эффективнее, легче и дешевле, чем многообмоточные трансформаторы.

Главное преимущество автотрансформатора – это высокий коэффициент полезного действия (КПД), который достигает 99%. Это связано с тем, что преобразованию подвергается лишь часть мощности. В условиях, когда входное и выходное напряжение отличаются незначительно – это является существенным плюсом, поскольку потери на преобразовании минимальны.

Главный недостаток автотрансформаторов заключается в том, что здесь нет гальванического обособления первичной и вторичной электрических цепей при помощи изоляции, как в обычном трансформаторе. То есть невозможно создание так называемой «гальванической развязки», поэтому при высоких коэффициентах преобразования велика вероятность возникновения короткого замыкания, или возникновения пробоя автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов экономически оправдано при соединении эффективно заземленных сетей с напряжением более 110 кВ, а также коэффициентом трансформации менее 3-4, поскольку потери электроэнергии меньше чем у обычного электрического трансформатора. Ещё одним экономическим обоснованием для применения автотрансформатора является тот факт, что для его производства используется меньшее количество меди для обмоток и электротехнической стали для сердечника, поэтому вес и габариты автотрансформатора меньше, а его стоимость ниже.

Автотрансформаторы применяются в качестве преобразователей электрического напряжения в пусковых устройствах различных электродвигателей переменного тока, включая самые мощные, для плавной регулировки напряжения в схемах релейной защиты и др. Регулирующие автотрансформаторы, благодаря возможности механического перемещения точки отвода вторичного напряжения, позволяют сохранить вторичное напряжение постоянным при изменении первичного напряжения. При этом, один и тот же автотрансформатор может быть как повышающим, так и понижающим – все зависит от включения обмоток.

Лабораторные автотрансформаторы регулируемые (ЛАТРы)

В низковольтных сетях также используются автотрансформаторы, как лабораторные регуляторы напряжения небольшой мощности. В таких автотрансформаторах напряжение регулируется путем перемещения скользящего контакта по виткам обмотки.

ЛАТРы изготавливаются путем однослойной обмотки изолированным медным проводом кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода. Такая обмотка имеет несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать ЛАТРы как понижающие или повышающие трансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Дополнительно, на поверхности медной обмотки, очищенной от изоляции, насечена узкая дорожка, по которой может перемещаться роликовый или щеточный контакт. Это сделано для того, чтобы получить плавность регулирования вторичного напряжения в пределах от 0 до 250В. Стоит отметить, что витковых замыканий, при замыкании соседних витков в лабораторном трансформаторе, не происходит, поскольку токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки относительно друг друга и направлены встречно. ЛАТРы изготавливаются номинальной мощностью от 0,5 до 7,5 кВА.

Применение автотрансформаторов помогает улучшить КПД различных энергосистем и обеспечить снижение стоимости передачи энергии, однако, приводит к повышению опасности возникновения короткого замыкания.

Преимущества автотрансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами:

  • пониженный расход активных материалов, таких как медь и электротехническая сталь,
  • повышенный КПД энергосистемы (до 99,7%)
  • сниженные размер и вес
  • невысокая стоимость

Недостатки применения автотрансформаторов относительно обычных электрических трансформаторов:

  • Снижение эффективности при больших (больше 3-4) коэффициентах трансформации;
  • Из-за того, что первичная и вторичная обмотка соединены в одну обмотку автотрансформатора, и имеют электрическую связь, он не может быть использован как понижающий силовой трансформатор для сетей, напряжением, скажем, от 6 до 10 кВ. Это связано с тем, что, в случае возникновения аварии, все части автотрансформатора, и подключенных электроприборов окажутся связаны с высоковольтным оборудованием питающей сети. Это не допускается техникой безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования, с которым работают люди.

Автотрансформаторы успешно конкурируют за потребителя, наряду с двух- и даже трехобмоточными электрическими трансформаторами. Автотрансформаторы относительно не дороги, удобны, могут выполнять функции как повышения, так и понижения, и являются идеальным выбором для сетей с невысоким напряжением и коэффициентом трансформации.

Устройство и принцип действия — RozetkaOnline.COM

Автотрансформатор является одной из разновидностей обычного трансформатора напряжения, отличаясь от него своей конструкцией, которая даёт автотрансформаторам ряд весомых преимуществ, делая их просто незаменимыми, например, при производстве стабилизаторов напряжения.

Но давайте обо всё по порядку, в этой статье я подробно расскажу о том, что такое автотрансформатор, зачем он нужен, какая у него конструкция и многое другое.

Автотрансформатор — это устройство для изменения напряжения переменного тока при сохранении его частоты, основанное на эффекте электромагнитной индукции, которое имеет одну общую обмотку на магнитопроводе и не менее трёх выводов от неё.

Если простыми словами, то автотрансформаторы – это разновидность обычных трансформаторов напряжения, в которых есть всего одна обмотка, часть витков которой выполняют функцию первичной обмотки, а часть вторичной.

Для лучшего понимания, давайте рассмотрим устройство наиболее распространенного типа автотрансформаторов.

 

Устройство автотрансформатора

 

Чаще всего стандартный автотрансформатор представляет собой тороидальный магнитопровод – сердечник, сделанный из электротехнической стали в виде кольца, на который намотана медная проволока – называемая обмоткой.

Кроме того, чтобы эта конструкция служила именно автотрансформатором, у неё есть дополнительная «отпайка» — отвод от этой обмотки, всего контактов получается, как минимум три.

Устройство автотрансформатора достаточно наглядно показано на изображении ниже:

В данном примере, вы можете видеть автотрансформатор, к крайним контактам которого подключается источник напряжения переменного тока, к A – фаза, к X – ноль. Все витки проволоки между этими точками считаются первичной обмоткой.

Нагрузка, какой-нибудь электроприбор, которому для работы требуется меньшее напряжение, чем поступает из сети, подключается к выводам a2 и X – витки между этими контактами – это уже вторичная обмотка.

Как видите, у автотрансформатора есть всего одна обмотка, но при этом напряжение, если замерять в различных точках подключения, будет разным, почему оно меняется и как определить насколько (коэффициент трансформации) мы рассмотрим ниже.

 

Обозначение автотрансформатора на схемах

 

Кстати, вы довольно легко на любой схеме определите автотрансформатор и отличите его от обычного трансформатора, чаще всего он обозначается вот так:

Как видите, схематически у автотрансформатора показаны все его основные элементы: прямая линия — это стальной сердечник, с одной стороны которого расположена единственная обмотка – в виде волнистой линии, от которой идёт несколько отводов.

Перепутать с обычным трансформатором не получится, ведь у него на схеме будет как минимум две обмотки по сторонам от сердечника.

Более подробно о принципиальных различиях автотрансформатора и обычного трансформатора напряжения, я расскажу во второй части этой статьи.

 

Принцип работы автотрансформатора

 

А сейчас, для лучшего понимания основного принципа работы автотрансформаторов, рассмотрим процессы, которые в них происходят.

В качестве примера, мы возьмем автотрансформатор, который может как повышать напряжение на выходе, так и уменьшать его, относительно начального. Общее количество витков медного провода у него, для удобства расчетов, равно 20, выглядит он следующим образом:

Как видите, у такой модели, есть уже четыре точки подключения к общей обмотке: A1, a2, a3 и X.

К контактам A1 и N – подключается источник переменного электрического тока, например, питание стандартной городской электросети, с напряжением(U1), в нашем случае это стандартные 220В. Всего между этими точками 18 витков медной проволоки, этот участок спирали обозначен как W1, он считается первичной обмоткой автотрансформатора.

 

Что происходит при подаче напряжения на автотрансформатор

 

При протекании переменного тока по обмотке, в сердечнике (магнитопроводе) автотрансформатора, образуется переменный магнитный поток, который циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику, пронизывая ВСЕ витки обмотки.

Проще говоря, при подключении тока к первичной обмотке – в нашем примере к 18 виткам, магнитный поток протекая по сердечнику пронизывает всю обмотку, все 20 витков. Напряжение же на первичной обмотке (в точках подключения A1 и X) остаётся 220В или, если распределить на каждый виток 220/18 = 12.222… Вольта на каждый.

Теперь, чтобы узнать какое напряжение образуется на всех 20 витках, к точкам a2 и X, подключим нагрузку, какой-нибудь электроприбор – это будет вторичная обмотка автотрансформатора. На схеме условно обозначим нагрузку, некий электроприбор подключеный к этой обмотке, напряжение U2, а число витков между контактами W2 = 20.

 

Зависимость между обмотками у автотрансформатора, выражается следующей формулой:

U1/w1 = U2/w2, где U1 напряжение на первой обмотке, U2 напряжение на второй обмотке, w1 число витков первой обмотки, w2 число витков второй обмотки.

Из этой формулы следует что напряжение на вторичной обмотке изменяется относительно напряжения первичной обмотки, пропорционально разнице витков. В нашем примере на один виток первичной обмотки приходится 12.22.. Вольт, у вторичной же обмотки витков больше на 2, соответственно общее напряжение обмотки выше на 24.44..Вольта.

Это доказывает нехитрый расcчет:

U1/w1 = U2/w2,

220 Вольт/18 Витков=U2/20 Витков,

U2 = 220*20/18 = 244.44В

Автотрансформатор, у которого на вторичной обмотке напряжение увеличивается называется повышающий.

Зная зависимость между обмотками, мы можем вычислить коэффициент трансформации, величину, которая позволяет легко определять, изменение входящих параметров (напряжения, сопротивления, силы тока) на вторичной обмотке.

 

Коэффициент трансформации вычисляется по следующей формуле: U1/U2=w1/w2

 

В нашем случае получается 220/244,44=18/20=0,9

 

Теперь давайте посмотрим, как изменится напряжения на оставшихся контактах.

Подключаем нагрузку к контактам a3 и X нашего автотрансформатора, число витков w3 у этой обмотки равно 16, напряжение обозначим как U3.

Следуя той же формуле, рассчитываем напряжение:

U1/w1 = U3/w3 = 220/18=U3/16, от сюда следует, что U3 =220*16/18 = 195,55.. Вольт, а коэффициент трансформации U1/U3=w1/w3=220/195,55=18/16=1,125 , эта обмотка понижающая.

Автотрансформатор, у которого на вторичной обмотке напряжение уменьшается называется понижающий.

Теперь, зная коэффициенты трансформации на всех выводах автотрансформатора мы легко сможем определять, например, какое будет напряжение на вторичной обмотке, если изменится напряжение источника электрического тока:

Так, например, при напряжении источника переменного тока на первичной обмотке 200В, у этого трансформатора:

— на контактах a2 и X, при коэффициенте трансформации k1=0,9 напряжением будет U2=200В/0,9= 222,22 В

— на контактах a3 и X, при коэффициенте трансформации k2=1,125 напряжение равняется U3=200/1,125=177,77 В

 

ПРАВИЛО: Если коэффициент трансформации k>1 – то трансформатор понижающий, если же k<1, то повышающий.

 

Чаще всего стандартный автотрансформатор имеет большее количество выводов, чем в нашем примере, большее количество ступеней для регулировки входящего напряжения или тока.

Логическим развитием автотрансформаторов, стало появление так называемых РЕГУЛИРУЕМЫХ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ, у которых нет множество дополнительных отпаек с разным коэфициентом трансформации, а количество витков вторичной обмотки, изменяется путем перемещения подвижного контакта по ней — подробнее об этом читайте ТУТ.

 

Изменение силы тока в автотрансформаторе

По силе тока есть простое правило — ток в обмотке более высокого напряжения меньше, чем ток в обмотке с более низким напряжением.

Другими словами, если используется понижающий отвод от первичной обмотки автотрансформатора – то ток на вторичной обмотке будет больше, а напряжение ниже и наоборот, если используется повышающий отвод – то ток на вторичной обмотке будет ниже, а напряжение выше.

Мощности же на обеих обмотках примерно одинаковы, поэтому, согласно закону ОМА:

I1U1 = I2U2, где I1 – ток в первичной обмотке, I2 – ток во вторичной обмотке, U1- напряжение в первичной обмотке, U2 – Напряжение во вторичной обмотке.

Соответственно ток, например, в первичной обмотке рассчитывается так: I1 = U2*I2/U1

Зная, как изменяется ток, можно заранее правильно подобрать кабели питания и защитную автоматику.

Теперь, когда вы знакомы с принципом работы автотрансформатора и знаете его конструкцию, давайте рассмотрим какие они бывают, их назначение и места применения, какие у них плюсы и минусы и чем принципиально отличаются от обычных трансформаторов. Всё это и многое другое читайте во второй части этой статьи. Подписывайтесь на нашу группу вконтакте, следите за выходом новых материалов!

Автотрансформаторы (ЛАТР). Типы и работа. Применение

Для плавной регулировки напряжения переменного тока в различных работах, связанных с электротехникой, служат автотрансформаторы (ЛАТР). Их чаще всего используют для изменения напряжения в бытовых приборах, строительстве.

Автотрансформатор – это один из видов трансформаторов. Две обмотки в этом приборе имеют между собой прямое соединение. Вследствие этого между ними появляются два вида связи, одна из которых электромагнитная, а другая электрическая. Катушка имеет несколько выводов с разными значениями выхода напряжения. Отличие от обычного трансформатора состоит в повышенной эффективности, вследствие частичного изменения мощности.

Конструктивные особенности

Трансформаторами называют электроаппаратуру с наличием более 2-х и более обмоток, которые имеют индуктивную связь, служащую для изменения электроэнергии по напряжению.

Обмотка может быть одна только у автотрансформатора, либо несколько обмоток, охваченных магнитным потоком, намотанных на сердечник с ферромагнитными свойствами, у других трансформаторов.

Сегодня приобрели популярность 1-фазные трансформаторы (ЛАТР). Это лабораторный вариант трансформатора, в котором обе обмотки между собой не изолированы, а имеют прямое соединение, поэтому кроме электромагнитной связи у них имеется электрическая связь. Такая общая катушка оснащена несколькими выводами. На их выходе можно получить разное по величине напряжение.

Принцип работы

Благодаря особенности конструкции автотрансформаторы могут выдавать как пониженное напряжение, так и повышенное. На рисунке показаны схемы автотрансформаторов с понижением и повышением напряжения.

Если подключить источник переменного тока к Х и «а», то создается магнитный поток. В этот момент в витках катушки индуцируется разность потенциалов одинакового значения. В итоге, между Х и «а» появляется ЭДС, равная значению ЭДС 1-го витка, умноженного на число витков обмотки, находящихся в промежутке между этими точками.

При подключении нагрузки потребителя к катушке к клеммам Х и «а», ток вторичной катушки пойдет по участку обмотки между этими точками. Имея ввиду то, что первичный и вторичный токи между собой накладываются друг на друга, между Х и «а» будет проходить незначительный ток.

Из-за такой особенности работы автотрансформатора основную часть обмотки выполняют из провода малого поперечного сечения, что уменьшает его стоимость. Если необходимо изменить напряжение в небольших пределах, то целесообразно применять такие автотрансформаторы (ЛАТР).

Типы автотрансформаторов
Нашли применение несколько типов автотрансформаторов:
  • ВУ–25 — Б, служит для сглаживания вторичных токов в защитных схемах трансформаторов.
  • АТД — мощность 25 ватт, долгонасыщаемый, имеет старую конструкцию и мало используется.
  • ЛАТР — 1, служит для применения с напряжением 127 вольт.
  • ЛАТР — 2, применяется с напряжением 220 вольт.
  • ДАТР — 1, служит для слабых потребителей.
  • РНО – для мощной нагруженности.
  • АТЦН применяется в измерительных телеустройствах.
Автотрансформаторы также подразделяют по мощности:
  • Малой мощности, до 1000 вольт;
  • Средней мощности, свыше 1000 вольт;
  • Силовые.
Лабораторные автотрансформаторы

Такой вариант исполнения используют в сетях низкого напряжения для регулировки напряжения в условиях лабораторий. Такие однофазные ЛАТР выполнены из ферромагнитного сердечника в виде кольца, на которое намотан один слой медного провода в изоляции.

В нескольких местах обмотки сделаны выводы в виде ответвлений. Это дает возможность применять такие устройства в качестве автотрансформаторов с возможностью повышения, либо понижения напряжения с неизменным коэффициентом трансформации. Сверху на обмотке выполнена узкая дорожка, на которой очищена изоляция. По ней двигается роликовый или щеточный контакт, позволяющий плавно изменять вторичное напряжение.

Витковых коротких замыканий в таких лабораторных автотрансформаторах не случается, так как ток нагрузки и сети в обмотке направлены навстречу друг другу и близки по значению. Мощности ЛАТР выполняют от 0,5 до 7,5 кВА.

Трехфазные трансформаторы

Кроме других вариантов исполнений существуют еще и трехфазные варианты автотрансформаторов. У них бывает, как три, так и две обмотки.

Фазы в них чаще всего соединяют в виде звезды с отдельной точкой нейтрали. Соединение звездой дает возможность понизить напряжение, рассчитанное для изоляции прибора. Для уменьшения напряжения питание подводят к клеммам А, В, С, а выход получают на клеммах а, b, с. Для повышения напряжения все делается наоборот. Такие трансформаторы используют для уменьшения уровня напряжения при запуске мощных электромоторов, а также для регулировки напряжения по ступеням в электрических печах.

Высоковольтные автотрансформаторы применяют в высоковольтных системах сетей. Использование автотрансформаторов оптимизирует эффективность энергетических систем, дает возможность уменьшить стоимость транспортировки энергии, однако при этом способствует повышению токов коротких замыканий.

Режимы работы
  • Автотрансформаторный.
  • Комбинированный.
  • Трансформаторный.

При соблюдении требований эксплуатации автотрансформаторов, в том числе соблюдения контроля температуры масла, он может функционировать длительное время без перегрева и поломок.

Достоинства и недостатки
Можно выделить такие преимущества:
  • Преимуществом можно назвать высокий КПД, потому что преобразуется лишь малая часть мощности трансформатора, а это имеет значение, когда напряжения выхода и входа отличаются на малую величину.
  • Уменьшенный расход меди в катушках, а также стали сердечника.
  • Уменьшенные размеры и вес автотрансформатора позволяют создать хорошие условия перевозки к месту монтажа. Если необходима большая мощность трансформатора, то его можно изготовить в пределах допустимых ограничений габаритов и массы для перевозки на транспорте.
  • Низкая стоимость.
  • Плавность съема напряжения с подвижного токосъемного контакта, подключенного к обмотке.
Недостатки автотрансформаторов:
  • Чаще всего катушки подключают звездой с нейтралью, которая заземлена. Соединения по другим схемам также возможны, но при их выполнении возникают неудобства, вследствие чего используются редко. Производить заземление нейтрали необходимо через сопротивление, либо глухим методом. Но нельзя забывать, что сопротивление заземления не должно допускать превышения разности потенциалов на фазах в тот момент, когда какая-либо одна фаза замкнула накоротко на землю.
  • Повышенный потенциал перенапряжений во время грозы на входе автотрансформатора делает необходимым монтаж разрядников, которые не отключаются при выключении линии.
  • Электрические цепи не изолированы друг от друга (первичная и вторичная).
  • Зависимость низкого напряжения от высокого, вследствие чего сбои и скачки высокого напряжения оказывают влияние на стабильность низкого напряжения.
  • Низкий поток рассеивания между первичной и вторичной обмоткой.
  • Изоляцию обеих обмоток приходится выполнять для высокого напряжения, так как присутствует электрическая связь обмоток.
  • Нельзя применять автотрансформаторы на 6-10 киловольт в качестве силовых с уменьшением напряжения до 380 вольт, потому что к такому оборудованию имеют доступ люди, а вследствие аварии напряжение с первичной обмотки может попасть на вторичную.
Применение
Автотрансформаторы имеют широкую область использования в разных сферах деятельности человека:
  • В устройствах малой мощности для настройки, питания и проверки промышленного и бытового электрооборудования, приборов автоматического управления, в лабораторных условиях на стендах (ЛАТРы), в устройствах и приборах связи и т.д.
  • Силовые варианты исполнений 3-фазных автотрансформаторов применяют для снижения тока запуска электродвигателей.
  • В энергетике мощные образцы автотрансформаторов применяют для осуществления связи сетей высокого напряжения с близкими по напряжению сетями. Коэффициент трансформации в таких устройствах обычно не превосходит 2 – 2,5. Чтобы изменять напряжение в еще больших размерах, требуются другие устройства, а применение автотрансформаторов становится нецелесообразным.
  • Металлургия.
  • Коммунальное хозяйство.
  • Производство техники.
  • Нефтяное и химическое производство.
  • Учебные заведения применяют ЛАТРы для показа опытов на уроках физики и химии.
  • Стабилизаторы напряжения.
  • Вспомогательное оборудование к станкам и самописцам.
Как выбрать автотрансформатор

Для начала определите, где будет использоваться автотрансформатор. Если для испытаний силового оборудования на предприятии, то необходима одна модель, а для питания автомагнитолы во время ремонта, то совсем иная.

При выборе лучше следовать некоторым советам:
  • Мощность. Необходимо рассчитать нагрузку всех потребителей. Их общая мощность не должна быть больше мощности автотрансформатора.
  • Интервал регулировки. Этот параметр зависит от действия прибора, то есть, на повышение или на понижение. Чаще всего приборы относятся к виду с понижением напряжения.
  • Напряжение питания. Если вы хотите подключить автотрансформатор к домашней сети, то лучше приобрести прибор на 220 вольт, а если для 3-фазной сети, то на 380 вольт.

С таким прибором вы можете изменить значения напряжения сети и выставить те значения, которые нужны для конкретного вида нагрузки.

Похожие темы:

Автотрансформатор: устройство, схема, принцип действия

Электрические потребители нуждаются в трансформации тока до требуемого значения напряжения. Если подобные изменения не определяются в небольшом пределе, можно применять специальный агрегат. Обычный трансформатор имеет в своем составе две катушки. Специальный прибор может иметь всего одну совмещенную обмотку. Это и есть автотрансформатор. Его применяют в том случае, если показатель преобразования не составляет более 1.

В этом случае разница между уровнем тока в первичной и вторичной обмотке будет небольшой. Что такое автотрансформатор, а также основные принципы его работы будет рассмотрено далее.

Принцип устройства

Автотрансформаторы характеризуются определенным устройством и принципом действия. Их первая обмотка является частью второго контура или наоборот. Такие цепи характеризуются электромагнитной и гальванической связью. Повышающий и понижающий агрегат применяются во многих сферах деятельности человека. Причем его характеристики определяются особенностями включения обмоток.

При подключении к катушке переменного тока в сердечнике определяется магнитный поток. В каждом из существующих витков в этот момент будет индуктироваться электродвижущая сила. Причем ее величина будет идентична.

Схема автотрансформатора объясняет принцип работы агрегата. При подсоединении нагрузки вторичный электрический поток будет перемещаться по обмотке. По этому же проводнику в этот момент движется и первичный ток. Оба потока геометрически складываются. Поэтому на обмотку станет подаваться совсем незначительный электрический ток.

Особенности

Схема замещения автотрансформатора позволяет сэкономить на количестве медного проводника. Для такого оборудования необходима проволока меньшего сечения. Это обеспечивает значительную экономию материалов и относительно невысокую стоимость аппарата. Сократить расходы на изготовление представленного оборудования удается благодаря снижению количества стали для изготовления магнитопривода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы значительно отличаются размером сечения сердечника.

Устройство современного автотрансформатора делает оборудование востребованным, если показатель трансформации приближается к 1 или находится в пределах от 1,5 до 2. Если же коэффициент будет больше 3, применение подобного прибора становится неоправданным.

По многим параметрам принцип работы автотрансформатора, его конструкция и детали мало отличаются от обычных двухобмоточных трансформаторов.

Различные режимы работы автотрансформаторов позволяют устранить недостатки бытовой электросети. Это необходимо, например, когда напряжение не дотягивает или, наоборот, немного превышает стандартную норму 220 В. Особенности конструкции автотрансформатора позволяют выполнять настройку с определенным шагом. Электронный автотрансформатор, имеющий в своем составе коммутационную и регулирующую систему выполняет этот процесс автоматически.

Разновидности

На выбор разновидности автотрансформатора влияет его назначение и условия эксплуатации. Чаще всего применяется восемь типов представленных агрегатов:

  1. ВУ-25-Б. Создан для уравнивания токов вторичной обмотки при использовании схемы дифференциальной защиты силовых трансформаторов.
  2. АТД. Мощность находится на уровне 25Вт. Имеет устаревший тип конструкции. Он долго насыщается и применяется достаточно редко.
  3. ЛАТР-1. Принцип действия этого автотрансформатора позволяет применять его при нагрузке 127В.
  4. ЛАТР-2. Изготавливается для бытовой сети (220В). В ЛАТРе позволяется регулировать напряжение при помощи скользящего по виткам катушки контакта.
  5. ДАТР-1. Применяется при незначительной нагрузке в специальном оборудовании.
  6. РНО. Используется в условиях повышенной нагрузки.
  7. РНТ. Эксплуатируется при наиболее сильных нагрузках в сетях специального назначения.
  8. АТНЦ. Применяется для телеизмерительных приборов.

Также существует разделение на агрегаты малой мощности (до 1 кВ), средней мощности (больше 1 кВ) и силовые типы.

Однофазные разновидности

Сегодня применяются однофазный и трехфазный автотрансформатор. В первом случае оборудование представлено такой разновидностью, как ЛАТР. Его применяют для низковольтных сетей. При повышенном напряжении требуется понижающая конструкция, например, автотрансформатор типа 220/110 или 220/100. В этом случае вторичная обмотка входит в состав первичного контура. Повышающий тип автотрансформаторов, наоборот, включает первичную обмотку в состав вторичного контура.

В обеих разновидностях устройств регулирование производится посредством скольжения подвижного контакта по обмоточным виткам. ЛАТРы состоят из магнитопривода кольцеобразной формы. Его обмотка включает в себя один слой. Она состоит из изолированного провода из меди.

Однофазные автотрансформаторы имеют несколько ответвлений, которые отходят от обмотки. Именно эти элементы конструкции определяют, будет ли агрегат работать на повышение или понижение напряжения сети. Чтобы получить плавность настройки вторичного напряжения создается небольшая дорожка на поверхности обмотки. Она очищена от слоя изоляции. По этой дорожке перемещается роликовый или щеточный контакт. Регулировка осуществляется в пределах от 0 до 250 В.

Трехфазные разновидности

Наряду с однофазными применяются и трехфазные аппараты. Они отличаются типом обмотки. Существует автотрансформатор трехфазного типа с двумя и тремя контурами.

Чаще всего обмотки в подобных устройствах соединяются в виде звезды. Они имеют выведенную отдельно точку нейтрали. При помощи направления подведения напряжения выполняется понижение или повышение. Этот принцип положен в основу старта работы мощного двигателя, регулирования электрического тока по ступенчатой системе. Трехфазный тип автотрансформаторов применяется для нагревательных элементов печей.

Приборы с тремя обмотками используются в сетях высоковольтного типа. При этом со стороны высшего напряжения агрегат соединяется с нулевым проводом в звезду. Этот тип контакта способен снизить напряжение с учетом особенностей изоляции аппаратуры. Применение подобных приборов способно повысить уровень КПД системы, а также сэкономить затраты на совершение передачи электроэнергии. Однако в этом случае повышается количество токов короткого замыкания.

Наличие гальванической связи между совмещенными контурами не позволяют использовать представленное оборудование в силовых сетях (6-10 кВ), если напряжение понижается до 0,38 кВ. В этом случае трехфазное напряжение 380В подается непосредственно к электрическим потребителям. На таком оборудовании могут работать люди. Во избежание несчастных случаев применяются в подобных условиях другие разновидности агрегатов.

Недостатки

Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:

  • Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
  • Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
  • Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
  • Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
  • Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.

Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.

В чем различие и особенность трансформаторов и автотрансформаторов

В чем различие и особенность трансформаторов и автотрансформаторов

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Различное электрооборудование и современные электрические сети в целом используют для своей работы прежде всего переменный ток. Переменный ток питает двигатели, индукционные печи, станки, компьютеры, обогреватели, ТЭНы, осветительные приборы, бытовую технику.

Переоценить значимость переменного тока для современного мира невозможно. Однако для передачи электрической энергии на большие расстояния используется высокое напряжение. А техника требует для своего питания напряжения пониженного — 110, 220 или 380 вольт.

Поэтому после передачи на расстояние электрическое напряжение необходимо понизить. Понижение осуществляют ступенями при помощи трансформаторов и автотрансформаторов.

Вообще трансформаторы бывают повышающими и понижающими. Повышающие трансформаторы установлены на генерирующих электростанциях, где они повышают получаемое от генератора переменное напряжение до сотен тысяч и даже миллиона вольт, приемлемых для передачи на большие расстояния с минимальными потерями энергии. А потом это высокое напряжение понижается опять же при помощи трансформаторов.

Обычный силовой или сетевой трансформатор — это электромагнитный агрегат, назначение которого — изменить действующее значение переменного напряжения, подаваемого на его первичную обмотку. Трансформатор в каноническом виде имеет несколько обмоток, но минимум - две — первичную и вторичную.

Витки всех обмоток трансформатора обвивают общий магнитопровод — сердечник. На первичную обмотку подается напряжение величину которого необходимо изменить, ко вторичной (вторичным) обмотке (обмоткам) присоединяется потребитель или сеть с розетками, от которых будут питаться многочисленные потребители.

Действие трансформатора основано на законе электромагнитной индукции Фарадея. Когда по виткам первичной обмотки течет переменный ток, в пространстве внутри (в основном) обмотки действует переменное электромагнитное поле данного тока.

Это переменное магнитное поле способно навести ЭДС индукции во вторичной обмотке, которая охватывает пространство действия магнитного потока первичной обмотки. В обычном трансформаторе первичные обмотки гальванически изолированы от первичных.

В автотрансформаторе часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной. Автотрансформаторы целесообразно использовать тогда, когда напряжение нужно понизить лишь немного, не в разы, как это делают обычные трансформаторы, а например в 0,7 раз.

Таким образом главное отличие трансформатора от автотрансформатора заключается в том, что у обычного трансформатора обмотки электрически изолированы друг от друга, а обмотки автотрансформатора имеют общие витки и поэтому всегда связаны гальванически. У трансформатора каждая обмотка имеет минимум два собственных вывода, у автотрансформатора один вывод всегда окажется общим для первичной и вторичной обмоток.

Автотрансформаторы широко применяются в сетях с напряжением более 100 кВ, поскольку при ступенчатом понижении напряжения, когда ясно, что обмотки конечного трансформатора будут гальванически изолированы, отсутствие гальванической развязки на ступени автотрансформатора не критично.

Зато с экономической точки зрения автотрансформаторы куда выгоднее обычных. У них меньше потери в обмотках за счет меньшего количества меди в проводах чем у обычных трансформаторов аналогичной мощности.

Размер автотрансформатора при той же мощности меньше - меньше расходы на материалы и сердечник. У автотрансформаторов более высокий КПД, ибо преобразованию подвергается лишь часть магнитного потока. Да и в целом стоимость автотрансформатора получается ниже.

К недостаткам автотрансформатора, в отличие от обычного, можно отнести отсутствие гальванической развязки между первичной и вторичной цепью. Если изоляция по какой-нибудь причине окажется нарушена, обмотка низшего напряжения окажется под высоким напряжением. Поэтому автотрансформаторы обычно не используют в быту дабы не подвергать обывателя опасности поражения током.

На напряжении до 1000 вольт автотрансформаторы используются для регулирования напряжения в виде лабораторных приборов - лабораторных автотрансформаторов (ЛАТРов) и в составе электромеханических стабилизаторов напряжения.Различное электрооборудование и современные электрические сети в целом используют для своей работы прежде всего переменный ток. Переменный ток питает двигатели, индукционные печи, станки, компьютеры, обогреватели, ТЭНы, осветительные приборы, бытовую технику.

Ранее ЭлектроВести писали, что 19 августа на Днестровскую гидроаккумулирующую станцию доставлено блочный силовой трансформатор Т-4.

По материалам: electrik.info.

Автотрансформатор

Подробности
Категория: Трансформаторы

Автотрансформатор – это многообмоточный трансформатор, у которого две обмотки соединены электрически.
В энергосистемах получили распространение трехобмоточные автотрансформаторы, трехфазные и группы из однофазных автотрансформаторов.
Их применение экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.
Обмотки трехфазных автотрансформаторов или групп из трех однофазных автотрансформаторов соединяют в звезду с заземленной нейтралью.

Преимущества автотрансформаторов
1. Меньший расход меди, стали, а также изоляционных материалов и меньшая стоимость по сравнению с трансформаторами той же мощности.
2. Меньшая масса и габариты позволяют создавать трансформаторы больших мощностей.
3. Автотрансформаторы имеют меньшие потери и больший КПД.
4. Имеют лучшие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов
1. Необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ.
2. Сложность регулирования напряжения.
3. Опасность перехода атмосферных перенапряжений с одной обмотки на другую из-за электрической связи обмоток.

В автотрансформаторах часть электрической мощности передается непосредственно (без трансформации) путем контактной связи между последовательной и общей обмотками. И эта мощность называется электрической.
Проходной мощностью называют полную мощность, передаваемую с первичной обмотки автотрансформатора на вторичную.
Трансформаторной мощностью или типовой мощностью называют мощность, передаваемую магнитным полем.
Полная мощность равна сумме трансформаторной и электрической мощностей.

Под номинальной мощностью автотрансформатора понимают его проходную мощность при номинальных условиях.

Обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность (передаваемую магнитным полем), которую иногда называют расчетной.
Размеры и масса автотрансформатора определяются трансформаторной мощностью.
Силовые автотрансформаторы обычно снабжены обмоткой низшего напряжения 6-35 кВ, фазы которого соединены в треугольник.
Основное назначение третьей обмотки – в компенсации гармонических составляющих напряжения кратных трем и уменьшения сопротивления нулевой последовательности автотрансформатора.

Как выбрать автотрансформатор | «Энергия»

Автотрансформатор – необходимая вещь в быту и на предприятиях, где есть необходимость поддерживать стабильное напряжение для работы электроприборов, но изменить его нужно в узких пределах. С такими условиями лучше всего справляется именно автотрансформатор.

Как работает автотрансформатор

Однообмоточный прибор, которым является автотрансформатор, отлично справляется там, где коэффициент трансформации невелик и близок к единице. Это объясняется тем, что величина токов будет практически одинаковой в первичной и вторичной обмотках. Поэтому эти две обмотки объединены в одну. Такова схема автотрансформатора.

Автотрансформатор – это тот же трансформатор, но имеющий специальное назначение. Он отличается от последнего тем, что обмотка высшего и низшего напряжения является единым целым, поэтому в автотрансформаторе возникает и магнитная, и электрическая связь.

С помощью автотрансформатора можно повысить или понизить напряжение в сети. Их целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток, что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл.

Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора. Дело в том, что в трансформаторе энергия передается только за счет магнитного поля, образующегося в магнитопроводе. Автотрансформатор передает энергию не только магнитным полем, но и через электрическую связь, которая возникает между объединенными обмотками.

Автотрансформатор может работать лучше, и он выгоднее к покупке, чем трансформатор, если коэффициент трансформации не превышает 1,5 или 2 единиц. Если коэффициент достигает 3 единиц, то автотрансформатор будет работать неэффективно.

Относительно деталей и конструкции автотрансформатор практически ничем не отличается от обычного трансформатора.

Однофазные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы нашли свое применение и как лабораторные регуляторы, рассчитанные на небольшую мощность. Регулировка в ЛАТРах осуществляется за счет контакта, «скользящего» по виткам обмотки.

ЛАТРы – однофазные автотрансформаторы, которые состоят из кольцевого магнитопровода со слоем медного провода. В системе имеются постоянные отводы, позволяющие держать коэффициент трансформации на одном уровне, а устройствам работать и на понижение, и на повышение.

Регулировка производится плавно от нуля и до 250 В. Номинальная мощность лабораторных автотрансформаторов составляет от 0,5 до 7,5 кВА. В нашем интернет-магазине вы можете выбрать прибор необходимой вам мощности по цене от производителя и с быстрой доставкой.

Какие бывают автотрансформаторы

На сегодняшний день широко используются следующие типы автотрансформаторов:

  • первый тип - ВУ-25-Б, предназначен для уравнивания вторичных токов в схемах дифференциальных защит трансформаторов;
  • второй тип – АТД, имеет мощность на уровне 25 ват, долго-насыщающийся, так как имеет устаревшую конструкцию и практически не используется;
  • третий тип – ЛАТР-1, предназначен для использования при напряжении на уровне 127В;
  • четвертый тип – ЛАТР-2, предназначен для использования при напряжении на уровне 220В;
  • пятый тип – ДАТР-1, предназначен для использования при небольшой нагрузке;
  • шестой тип – РНО, предназначен для использования при высоких нагрузках;
  • седьмой тип – РНТ, предназначен для использования при значительных нагрузках;
  • восьмой тип – АТЦН, предназначен для использования в телеизмерительных устройствах.

По уровню мощности автотрансформаторы делятся на устройства:

  • невысокой мощности, до 1кВ;
  • средней мощности, более 1кВ;
  • силовые.

Автотрансформаторы работают в таких режимах, как:

  • трансформаторный;
  • автотрансформаторный;
  • комбинированный.

При нормальном режиме работы автотрансформатор может работать долгое время без перегревов и неисправностей. Для этого нужно соблюдать все требования по условиям эксплуатации и следить за тем, чтобы верхние слои масла не нагревались до температуры свыше 75°С.

Трехфазные автотрансформаторы

Трехфазные автотрансформаторы бывают двух и трехобмоточными. Фазы в них, как правило, объединены в виде звезды, где имеется нейтральная точка. Манипулируя зажимами, электроэнергию либо повышают, либо понижают.

Чаще всего трехфазные автотрансформаторы применяют для понижения напряжения в момент запуска мощного мотора, для регулирования напряжения при работе электропечей. Трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы используют в работе высоковольтных сетей.

Автотрансформаторы позволяют:

  • улучшить КПД работающего оборудования;
  • уменьшить стоимость передачи электроэнергии.

Минусы автотрансформаторов

Как и у любых других устройств, у автотрансформаторов есть свои недостатки. Например, у обеих обмоток прибора должна быть изоляция при большом напряжении, поскольку существует электрическая связь между ними.

К недостатку относится и возникновение гальванической связи между обмотками, так как устройства становятся непригодны к использованию в сетях 600-1000 В как силовые трансформаторы, если напряжение понижается до 0,38 кВ. Это небезопасно для людей, работающих на оборудовании, куда подводится напряжение в 380 В.

В случае аварии цепь в автотрансформаторе может замкнуть, что приведет к пробою изоляции присоединенного к устройству оборудования.

В нашем интернет-магазине представлен большой выбор ЛАТРов для различных целей и условий эксплуатации. Вы можете заказать любой необходимый вам прибор, сделав заявку на сайте. Если у вас остались вопросы, позвоните нам.

Тэги: автотрансформаторы, трансформаторы, как выбрать, как подобрать

Что такое автотрансформатор? - Работа, преимущество, недостатки и использование

Автотрансформатор - это трансформатор только с одной обмоткой, намотанной на многослойный сердечник. Автотрансформатор похож на двухобмоточный трансформатор, но отличается тем, как взаимосвязаны первичная и вторичная обмотки. Часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной стороны.

В режиме нагрузки часть тока нагрузки получается непосредственно от источника питания, а оставшаяся часть получается за счет действия трансформатора.Автотрансформатор работает как регулятор напряжения .

Содержание :

Пояснения к автомобильной схеме трансформатора

В обычном трансформаторе первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга, но соединены магнитно, как показано на рисунке ниже. В автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки связаны как магнитно, так и электрически. Фактически, часть одной непрерывной обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки.

Рисунок A: Обычный двухобмоточный трансформатор

Существует два типа автотрансформатора в зависимости от конструкции. В одном из типов трансформаторов используется непрерывная обмотка с выводами отводов в удобных местах, определяемых желаемым вторичным напряжением. Однако в автотрансформаторе другого типа есть две или более отдельных катушек, которые электрически соединены, образуя непрерывную обмотку. Конструкция Автотрансформатора показана на рисунке ниже.

Рисунок B: Авто - Трансформатор

Первичная обмотка AB, от которой происходит ответвление в точке C, так что CB действует как вторичная обмотка. Напряжение питания подается на AB, а нагрузка подключается к CB. Отвод может быть фиксированным или переменным. Когда переменное напряжение V 1 подается на AB, в сердечнике создается переменный поток, в результате чего в обмотке AB индуцируется ЭДС E 1 . Часть этой наведенной ЭДС отбирается во вторичной цепи.

Лет,

  • В 1 - первичное приложенное напряжение
  • В 2 - вторичное напряжение на нагрузке
  • I 1 - первичный ток
  • I 2 - ток нагрузки
  • N 1 - количество витков между A и B
  • N 2 - количество витков между C и B

Без учета тока холостого хода, реактивного сопротивления утечки и потерь,

V 1 = E 1 и V 2 = E 2

Следовательно, коэффициент трансформации:

Поскольку вторичные ампер-витки противоположны первичным ампер-виткам, ток I 2 находится в противофазе с I 1 . Вторичное напряжение меньше первичного. Следовательно, ток I 2 больше тока I 1 . Следовательно, результирующий ток, протекающий через участок BC, равен (I 2 - I 1 ).

Ампер-витки из-за участка BC = ток x витков
Уравнение (1) и (2) показывает, что ампер-витки из-за участка BC и переменного тока уравновешивают друг друга, что является характеристикой действия трансформатора.

Экономия меди в автотрансформаторе по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором

Вес меди пропорционален длине и площади поперечного сечения проводника.

Длина проводника пропорциональна количеству витков, а поперечное сечение пропорционально произведению силы тока на количество витков.

Теперь, исходя из приведенного выше рисунка (B) автотрансформатора, вес меди, необходимой для автотрансформатора, составляет

W a = вес меди в секции AC + вес меди в секции CB

Следовательно,

Если такая же нагрузка выполняется с обычным двухобмоточным трансформатором, показанным выше на рисунке (A), общий вес меди, необходимой для обычного трансформатора, составляет

Вт 0 = масса меди на первичной обмотке + масса меди на вторичной обмотке

Следовательно,

Теперь отношение веса меди в автотрансформаторе к весу меди в обычном трансформаторе равно

.

Экономия меди, вызванная использованием автотрансформатора = вес меди, необходимый для обычного трансформатора - вес меди, необходимый для автотрансформатора Таким образом,

Экономия меди = K x масса меди, необходимая для двух обмоток трансформатора

Следовательно, экономия меди увеличивается по мере приближения коэффициента трансформации к единице.Следовательно, автотрансформатор используется, когда значение K почти равно единице.

Преимущества автотрансформатора

  • Менее затратно
  • Лучшее регулирование
  • Низкие потери по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором того же номинала.

Недостатки автотрансформатора

У автотрансформатора есть различные преимущества, но есть еще один серьезный недостаток, почему автотрансформатор не используется широко, заключается в том, что

  • Вторичная обмотка не изолирована от первичной обмотки.
    Если для подачи низкого напряжения от высокого напряжения используется автотрансформатор, а вторичная обмотка обрывается, полное первичное напряжение поступает на вторичный вывод, что опасно для оператора и оборудования. Таким образом, автотрансформатор не следует использовать для соединения систем высокого и низкого напряжения.
  • Используется только в ограниченных местах, где требуется небольшое отклонение выходного напряжения от входного.

Применения автотрансформатора

  • Используется в качестве пускателя для подачи до от 50 до 60% полного напряжения на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором во время пуска.
  • Используется для небольшого повышения напряжения в распределительном кабеле, чтобы исправить падение напряжения.
  • Также используется как регулятор напряжения
  • Используется в системах передачи и распределения электроэнергии, а также в аудиосистемах и на железных дорогах.

Что такое автотрансформатор? Полное информационное руководство

В этом руководстве мы узнаем об Автотрансформаторах. Это полное руководство по теории и конструкции автотрансформатора, его значениям эффективности, электрическим обозначениям, методам запуска, мерам защиты, преимуществам, недостаткам, приложениям и многому другому.

Введение

Трансформаторы - это электромагнитные устройства, которые передают электрическую энергию от одной цепи к другой по принципу взаимной индукции. Взаимная индукция - это связь индуктивностей их взаимными магнитными полями. Например, в однофазном трансформаторе есть две катушки: первичная и вторичная.

Первичная катушка будет получать питание от любого источника электроэнергии, например, генератора переменного тока. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, индуцирует напряжение во вторичной катушке.Эта вторичная обмотка будет подключена к нагрузке и получит соответствующее питание.

Трансформаторы используются для повышения напряжения до более высокого уровня, и они называются повышающими трансформаторами. Таким же образом трансформаторы понижают напряжение до более низкого уровня, и они называются понижающими трансформаторами.

ВЕРНУТЬСЯ В ТОП

Что такое автотрансформатор?

Как указано выше, обычный трансформатор будет иметь две обмотки, которые физически разделены, но магнитно связаны друг с другом с помощью магнитного сердечника. Поскольку они изолированы по отдельности, они называются первичной обмоткой, на которую подается напряжение от источника, и вторичной обмоткой, которое передается на выходную нагрузку.

Но трансформатор, в котором будет только одна обмотка, общая как для первичной, так и для вторичной обмотки, называется автотрансформатором. Термин «Авто» здесь означает, что колебания входного напряжения будут автоматически улучшаться или уменьшаться с использованием одной обмотки.

Автотрансформаторы

используются в приложениях, где не требуется электрическая изоляция между входной и выходной обмотками.Они популярны для промышленной автоматизации и морских приложений.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Теория и конструкция автотрансформатора

В автотрансформаторе часть энергии передается за счет индукции, а остальная - за счет проводимости. Существует три типа автотрансформаторов: повышающие, понижающие и регулируемые автотрансформаторы, которые могут повышать или понижать напряжение.

Регулируемые автотрансформаторы используются в лабораториях и в промышленности для обеспечения широкого диапазона переменного напряжения от одного источника.На рисунках выше показаны повышающие и понижающие автотрансформаторы.

На вышеприведенных рисунках первая обмотка показана присоединенным аддитивным образом к вторичной обмотке. Теперь соотношение между напряжением на первой обмотке и напряжением на второй обмотке определяется соотношением витков трансформатора.

Однако напряжение на выходе всего трансформатора является суммой напряжения на первой обмотке и напряжения на второй обмотке. Первую обмотку здесь называют общей обмоткой, потому что ее напряжение появляется с обеих сторон трансформатора.Малая обмотка называется последовательной обмоткой, потому что она включена последовательно с общей обмоткой.

Соотношение напряжений в автотрансформаторе, как показано на приведенном выше рисунке (a), определяется следующим образом:

V₂ = V c + V se

But,

V c / V se = N c / N se

===> V₂ = V c + (N c / N se ) * V c ;

Но,

V₁ = V c

===> V₂ = V₁ + (N c / N se ) * V1 = ((N c + N se ) / N se ) * V₁;

Текущее соотношение между двумя сторонами в автотрансформаторе, как показано на рисунке (а) выше, определяется как

I₁ = I c + I se

Но,

I c = (N se / N c ) * I se

===> I₁ = I se + (N se / N c ) * I se

Но,

I₂ = I se

===> I₁ = I₂ * (1 + (N se / N c ))

Интересно отметить, что не вся мощность передается от первичной обмотки к вторичной в автотрансформаторе проходит через обмотки. В результате, если обычный трансформатор повторно подключить как автотрансформатор, он сможет выдерживать гораздо большую мощность, чем первоначально рассчитано. Обратите внимание, что полная входная мощность автотрансформатора равна

S в = V₁I₁;

, а полная выходная мощность равна,

S out = V₂I₂.

Легко показать, что полная входная мощность равна полной выходной мощности, так что

S in = S out = S IO

Здесь S IO определяется как вход и полная выходная мощность трансформатора.Соотношение между мощностью, поступающей в первичную обмотку трансформатора, и фактическими обмотками можно найти по формуле

S w = V c I c = V SE * I SE

S w = V₁ * (I₁-I₂)

S w = V₁I₁ - V₁ I₂

S w = S IO * N se / (N se + N c )

Для Для лучшего понимания рассмотрим пример.

Автотрансформатор мощностью 500 кВА, соединяющий линию 110 кВ с линией 138 кВ, поэтому соотношение N c / N se будет 110/28.Теперь, используя полученную формулу мощности обмотки и полной мощности, мы можем вычислить фактическую мощность, проходящую через обмотки.

S w = S io x N se / (N se + N c )

S w = (5000) x 28 / (28 + 110) = 1015 кВА

Это означает, что фактическая пропускная способность обмотки составляет всего 1015 кВА, но этот автотрансформатор может выдерживать 5000 кВА, что означает, что автотрансформатор может обрабатывать в 5 раз больше мощности и в 5 раз меньше, чем обычный двухобмоточный трансформатор.

Это означает, что мы должны спроектировать и выбрать медный провод только для работы с мощностью до 1015 кВА. Если у нас рабочее напряжение 220, то кажущийся ток будет

Кажущийся ток = 1015 кВА / 220 = 1015 x 1000/220 = 4613,63 А.

Мы можем выбрать медный провод из таблицы размеров проводов SWG или AWG для правильной плотности тока.

Автотрансформатор также может быть сконструирован с более чем одной точкой отвода. Автотрансформаторы могут использоваться для обеспечения различных точек напряжения вдоль его обмотки.

НАЗАД К НАЧАЛУ

Автотрансформатор с несколькими точками отвода

В следующей таблице поясняются различные типы автотрансформаторов в зависимости от их подключения:

НАЗАД

Обозначения

Символ однофазного автотрансформатора

Символ трехфазного автотрансформатора

НАЗАД В ТОП

Типы автотрансформаторов общего назначения

Основа использования автотрансформатора:

  1. Повышающий автотрансформатор
  2. Понижающий автотрансформатор
  3. Регулируемый автотрансформатор

НАЗАД

Повышающий автотрансформатор

В этом типе автотрансформатора входное напряжение составляет подошел к желаемому голосу Напряжение и выходное напряжение будут зависеть от коэффициента трансформации автотрансформатора.

Это схема подключения повышающего автотрансформатора:

Как мы уже обсуждали, рассмотрите каждую петлю индуктивности как батарею. Чем больше петель в выходной цепи, тем выше напряжение переменного тока по сравнению с входом. Мы знаем, что входная и выходная полная мощность одинакова, поэтому, если мы собираемся повышать напряжение, ток, безусловно, будет уменьшаться, чтобы поддерживать баланс мощности.

НАЗАД

Понижающий автотрансформатор

Конструкция одинакова как для повышающего, так и для понижающего автотрансформатора, но в этой конфигурации первичное напряжение высокое, а вторичное напряжение низкое, поэтому он называется понижающим трансформатором.

НАЗАД В начало

Регулируемый автоматический трансформатор (вариак или диммер)

Автотрансформаторы с фиксированным передаточным числом широко используются во многих приложениях, но иногда требуется возможность переменного выходного напряжения. Такие трансформаторы очень полезны, потому что их можно настроить на любое необходимое напряжение, просто повернув ручку. Их можно использовать вместо повышающего и понижающего автотрансформатора.

Центральная часть этого круглого индуктора - ручка.Напряжение изменяется вращением ручки автотрансформатора. Регулируемый автотрансформатор может быть оснащен множеством ответвлений в зависимости от конкретного применения и действовать как регулятор переменного напряжения.

Путем добавления некоторых измерительных схем этот регулируемый автотрансформатор можно использовать в качестве автоматического регулятора напряжения. Это также известно как вариак или диммер.

НАЗАД В начало

Пуск автотрансформатора

Когда трансформаторы подключаются к линии электропередачи, пусковой ток подключенного оборудования будет в 10-15 раз больше, чем номинальный ток оборудования, тогда общий ток протекает через 2 обмотки трансформатора в течение некоторого времени.

В некоторых стероидных трансформаторах пусковой ток в 60 раз превышает номинальную. В больших трансформаторах этот переходный ток может сохраняться в течение нескольких секунд, пока не будет достигнуто время равновесия или стабилизации.

Таким же образом в автотрансформаторе Пусковой ток также является значительным, когда источник питания подключен к трансформатору в момент, когда напряжение пересекает нулевое время прохождения, когда ток нагрузки зависит от сопротивления и индуктивности обмоток трансформатора.

Для больших трансформаторов с очень высокой индуктивностью по сравнению с нагрузкой время переходного тока также будет большим, и наоборот.

НАЗАД В начало

КПД автотрансформатора

КПД автотрансформатора намного выше, чем у двухобмоточных трансформаторов. КПД автотрансформаторов иногда достигает 99% при всех комфортных условиях.

КПД = (P на выходе / P на ) * 100

P на выходе = В с * I с * Cos (Ø)

Коэффициент мощности = Cos (Ø)

P вход = P выход + P потери

Потери: В любом трансформаторе в основном есть 2 типа потерь

Потери в меди могут быть рассчитаны с помощью теста на короткое замыкание и рассчитаны потери в железе или сердечнике испытанием на обрыв цепи. После вычисления обоих потерь алгебраическая сумма обоих этих потерь составляет общие потери в автотрансформаторе.

НАЗАД В начало

Расчет импеданса автотрансформатора

Автотрансформаторы имеют один дополнительный недостаток по сравнению с двумя обмоточными трансформаторами. Оказывается, для данного автотрансформатора импеданс на единицу меньше по сравнению с двухобмоточным обычным трансформатором на коэффициент, равный преимуществу автотрансформатора по мощности над обычным.

Это меньшее внутреннее сопротивление может быть серьезной проблемой в таких случаях, когда уменьшение тока в неисправностях энергосистемы, таких как короткое замыкание, поэтому в этой ситуации очень желательно ограничить ток, чтобы уменьшить вероятность большего повреждения.

Теперь рассчитаем внутренний импеданс автотрансформатора.

НАЗАД В начало

Пример импеданса автотрансформатора

Обычный трансформатор на напряжение 1000 кВА 12/1. 2 кВ, 60 Гц, теперь этот трансформатор будет использоваться в качестве автотрансформатора 13,2 / 12 кВ в энергосистеме. Теперь рассчитайте энергетическое преимущество этого автотрансформатора и рассчитайте последовательное сопротивление автотрансформатора на единицу.

Полное сопротивление двухобмоточного трансформатора равно 0,01 + j0,08.

Sol:

Коэффициент поворота: N c / N se = 12 / 1,2 = 10

S io = (N se + N c / N se ) * S w

S io = (1 + 10/1) x 1000 = 11000 кВА

Таким образом, коэффициент преимущества по мощности равен 11.

Как известно, полное сопротивление трансформатора с двумя обмотками равно Z экв. = 0,01 + j0,08

Таким образом, полное сопротивление автотрансформатора будет Z экв. = (0,01 + j0,08) / 11 = 0,00091+ j0,00727

Мы видим, что внутреннее сопротивление автотрансформатора в 11 раз меньше, чем у обычного двухобмоточного трансформатора.

НАЗАД НАЗАД

Автотрансформатор Заземление или заземление

Он также известен как заземляющий автотрансформатор.Он в основном используется для генерации нейтрального провода в 3-фазной 3-проводной незаземленной системе. Он подключается в виде зигзагообразных или Т-образных трансформаторов. Эти трансформаторы имеют номинальные значения фазного и нейтрального тока.

НАЗАД В начало

Автотрансформатор Пример

Трансформатор 11500/2300 В рассчитан на 150 кВА как двухобмоточный трансформатор. Если две обмотки соединить последовательно, чтобы сформировать автотрансформатор, каковы будут соотношение напряжения и выходной мощности?

Две обмотки двухобмоточного трансформатора можно соединить последовательно, образуя автотрансформатор.В двух обмотках любая из обмоток используется в качестве вторичной. Следовательно, соотношение напряжений и мощность трансформатора будут зависеть от обмотки, которая используется в качестве вторичной обмотки.

Case-1:

Обмотка 2300 используется как вторичная.

Номинал двухобмоточного трансформатора S t = 150кВА

Первичное напряжение автотрансформатора, В 1 = 11500 + 2300 = 13,8 кВ

Вторичное напряжение автотрансформатора, В 2 = 2.3 кВ

Коэффициент напряжения двухобмоточного трансформатора a = В 1 / В 2 = N 1 / N 2 = 11,5 / 2,3 = 5

Коэффициент отношения напряжения автотрансформатора a '= В 1 / V 2 = (V 1 - V 2 + V 2 ) / V 2 = a + 1 = 6

Соотношение витков a = 13,8 / 2,3 = 6

Рейтинг трансформатор St = (V 1 –V 2 ) * I 1 = (I 2 –I 1 ) * V 2

Мощность автотрансформатора = Sat = V 1 * I 1 = V 2 * I 2

Но (I 2 -I 1 ) / I 1 = N 1 / N 2 = a

Тогда I 1 = (1 / (1 + a)) I 2

Следовательно, S t = V 2 ((V 1 / V 2 ) - 1) (1 / (1+ a)) * I 2 = (a / (1 + a)) S при

Следовательно, S при = ((1 + a) / a) x 150 = 180 кВА.

Случай 2:

Обмотка 1150 В используется в качестве вторичной.

В 1 = 13,8 кВ

В 2 = 11,5 кВ

Отношение напряжений = a '= 13,8 / 11,5 = 1,2

Отношение напряжений = a = (13,8 - 11,5) / 11,5 = 0,2

Сейчас S при = ((1 + a) / a) x 150 = 900 кВА

НАЗАД В начало

Трехфазный автотрансформатор

Трехфазный автотрансформатор особого типа, в котором используется общая обмотка. разделяет высокое напряжение и низкое напряжение.Трехфазный переменный ток подается на первичную обмотку, а выходной - на вторичную. Трехфазный автотрансформатор используется для таких приложений, где в распределительной системе используется небольшое напряжение. Между ними нет гальванической развязки. Он предназначен для повышения и понижения напряжения и работает по принципу магнитной индукции.

Ключевые характеристики трехфазного автотрансформатора следующие:

  • Номинальная мощность от 3 кВА до 500 кВА
  • Частота 50/60 Гц
  • Трехфазный

Трехфазный автотрансформатор используется в силовых приложениях для подключения системы. на уровне напряжения от 66 кВ до 138 кВ по ЛЭП.

Общий трехфазный автотрансформатор будет соответствовать следующей схеме:

Ниже представлен другой тип соединения и его векторная диаграмма:

На следующей диаграмме объясняются различные типы соединений трехфазного автотрансформатора.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Номинал трехфазного автотрансформатора

Номинальная мощность в кВА варьируется от (1 кВА-500 кВА). Диапазон допуска (± 5%). Изоляционное сопротивление, используемое в трехфазном автотрансформаторе, составляет 2000 МОм.

Для расчета трехфазной кВА мы используем формулу ниже

кВА = (вольт * ампер * 1,73) / 1000

НАЗАД В начало

Автотрансформатор Пускатель асинхронного двигателя

Принцип работы автотрансформатора аналогичен по методу запуска по схеме звезда-треугольник. Пусковой ток ограничен трехфазным автотрансформатором. Автотрансформатор можно заменить пускателем со звезды на треугольник и другими пускателями, которые более дороги и сложны в эксплуатации.Автотрансформатор подходит как для двигателя, подключенного по схеме звезды, так и по схеме треугольника, пусковой ток и крутящий момент можно регулировать путем правильного отвода от автотрансформатора. Это дает самый высокий крутящий момент двигателя на линейный ампер.

ВЕРНУТЬСЯ В ТОП

Дополнительная информация по автотрансформаторам

Характеристики автотрансформатора

Номинальные параметры автотрансформаторных пускателей ниже, чем у обычных стартеров для двигателей с более высокой мощностью.Главное, размер автотрансформатора очень мал, поэтому эффективный материал снизит стоимость. Эффективное сокращение материала снижает потери в меди и железе, поэтому автотрансформатор по сравнению с обычными изолирующими трансформаторами имеет высокий КПД.

НАЗАД В начало

Защита автотрансформатора

Нормальный трансформатор Реле дифференциальной защиты и аксессуары могут также использоваться для защиты автотрансформатора. Дифференциальная защита трансформатора содержит ряд дополнительных функций (согласование с коэффициентом трансформации и векторной группой, стабилизация (сдерживание) от бросков тока и чрезмерного возбуждения) и, следовательно, требует некоторого фундаментального рассмотрения при настройке и выборе значений уставок.

Дополнительные функции, встроенные в каждое реле, могут быть использованы с пользой. Однако следует учитывать, что функции резервной защиты должны быть организованы в отдельном аппаратном обеспечении (дополнительном реле) по причинам аппаратного резервирования.

Это означает, что максимальная токовая защита в дифференциальной защите может использоваться только как резервная защита от внешних неисправностей в подключенной энергосистеме. Резервная защита самого трансформатора должна быть предусмотрена в виде отдельного реле максимального тока.Защита Бухгольца как быстрая защита от короткого замыкания.

Представлены различные типы схем дифференциальной защиты автотрансформатора. Какая схема будет использоваться, в основном определяется наличием основных трансформаторов тока в конкретной установке.

Рекомендуется, чтобы помимо стандартной схемы дифференциальной защиты применялась дополнительная дифференциальная схема, чувствительная к замыканиям, близким к точке звезды общей обмотки. Другое возможное решение - объединить две разные схемы, которые имеют разные свойства.

Из-за размера и важности автотрансформаторов в современных энергосистемах (например, в основном используемых в качестве межсистемных трансформаторов) полное дублирование схемы защиты обычно легко оправдано.

НАЗАД

Защита третичной обмотки автотрансформатора

С точки зрения дифференциального реле схема дифференциальной защиты одинакова для обычных изолирующих трансформаторов и автотрансформаторов. Единственное отличие состоит в том, что все три отдельных тока в обмотке третичного треугольника доступны для реле.

Следовательно, при таком расположении можно нагружать обмотку третичного треугольника. Используемое уравнение и преимущества такой дифференциальной схемы легко вычисляются и могут быть реализованы. В автотрансформаторе используется обмотка третичным треугольником.

Он используется для ограничения генерации гармоник напряжения, вызванных токами намагничивания, влияющими на нижний импеданс нулевой последовательности. Обмотка третичного треугольника составляет одну треть номинальной мощности автотрансформатора. Он перераспределяет ток, обнаруженный в результате повреждения.Это также снижает разбалансировку, используемую при трехфазной нагрузке.

НАЗАД К НАЧАЛУ

Процедура испытания автотрансформатора

Когда трансформаторы получены с завода или перемещены из другого места, необходимо убедиться, что каждый трансформатор сухой, не было повреждений во время транспортировки, не было внутренних соединений ослаблен, коэффициент передачи, полярность и импеданс трансформатора соответствуют паспортной табличке, его основная изоляционная структура не повреждена, изоляция проводки не замкнута, и трансформатор готов к работе.

Физические размеры, класс напряжения и номинальная мощность в кВА являются основными факторами, определяющими объем подготовки, необходимой для ввода трансформаторов в эксплуатацию. Размер и номинальная мощность в кВА также определяют тип и количество вспомогательных устройств, которые потребуются трансформатору.

Все эти факторы влияют на объем испытаний, необходимых для подтверждения того, что трансформатор готов к включению питания и вводу в эксплуатацию.

Некоторые тесты и процедуры могут выполняться специалистами на этапе сборки.Также могут потребоваться специальные тесты, отличные от перечисленных. Многим требуется специальное оборудование и опыт, которых у электриков-строителей нет и от которых не ожидается.

Некоторые испытания проводятся монтажной бригадой, а другие - лицами, проводящими окончательные электрические испытания трансформаторов.

Кроме того, нижеследующие описания тестов обеспечивают точку привязки, с которой можно обратиться за помощью в случае необходимости. Обсуждаются или описываются следующие элементы:

  • Данные на паспортной табличке
  • Измерение мощности
  • Вспомогательные компоненты и проверки проводов
  • Грозовые разрядники
  • Ручное измерение температуры
  • Температурные устройства
  • Тесты CT
  • Температура обмотки и тепловое изображение
  • Втулка Коэффициент мощности
  • Дистанционная индикация температуры
  • Коэффициент мощности трансформатора
  • Вспомогательная мощность
  • Коэффициент напряжения
  • Автоматический резервирующий переключатель
  • Полярность
  • Система охлаждения
  • Передаточное отношение трансформатора
  • Устройство для измерения напряжения втулки
  • Устройства переключения ответвлений
  • Вспомогательные устройства -Защита оборудования и сигнализация
  • Сопротивление короткого замыкания
  • Общая нагрузка
  • Нулевая последовательность
  • Проверки срабатывания
  • Сопротивление обмотки

Ниже приводится приблизительная последовательность испытаний трансформатора:

    900 29 Осмотрите трансформатор и детали на предмет повреждений при транспортировке и влажности.
  1. Проверьте паспортную табличку и распечатки на предмет надлежащего напряжения и подключения внешней фазы к линии или шине.
  2. Проверьте калибровку всех термометров и нагревателя зоны нагрева, мостовых резистивных датчиков температуры и соответствующих контактов сигнализации. Настройки контактов должны быть похожи на следующие.
    • Одна ступень работает все время (принудительное охлаждение)
    • 2-я ступень при 80 ° C
    • 3-я ступень при 90 ° C
    • Авария по перегреву 100 ° C (отключение при 110 ° C, если применимо)
    • Top- Авария по маслу 80 ° C при повышении 55 ° C и 75 ° C при повышении 65 ° C
    • OA = нет вентиляторов и насосов
    • FA = вентиляторы работают
    • FOA = вентиляторы и насосы работают
  3. Проверьте и мегомметром всю проводку точка к точке: вентиляторы, насосы, сигнализация, нагреватели, переключатели ответвлений и все другие устройства на трансформаторе и соединительных кабелях.
  4. Все банки мощностью более 150 МВА должны быть высушены в вакууме. Не подавайте испытательное напряжение на обмотку во время процесса вакуумной сушки. Убедитесь, что клеммы закорочены и заземлены во время циркуляции масла из-за большого количества статического заряда, который может накапливаться на обмотке.
  5. После заполнения резервуара маслом убедитесь, что образец масла был отправлен в химическую лабораторию и что его результаты занесены в отчеты банка об испытаниях. Обратите внимание на уровень и температуру масла по окончании заливки.
  6. Электропитание для проверки правильности вращения насосов и вентиляторов и правильной работы устройства РПН (UL), если оно предусмотрено. Также проверьте правильность работы нагревателя, сигнализации и всех других устройств.
  7. Ниже приведены испытания обмоток, которые необходимо выполнить:
    • Импеданс
    • Сопротивление обмотки постоянного тока
    • Обмотки, втулки и разрядники мегомметра и коэффициента мощности.
    • Примечание: Подождите 24 часа после завершения заливки масла для проверки коэффициента мощности.
  8. Цепи ТТ нагрузки в целом и мигают для полярности.
  9. Перед подачей напряжения проверьте схемы защиты береговой линии и убедитесь, что в газовом реле нет газа.
  10. При подаче питания на батарею или повышении нагрузки контролируйте токи и напряжения батареи, включая работу устройства РПН.
  11. Перед включением нагрузки проверьте правильность фазировки и напряжения батареи в системе. По возможности, большие трансформаторы (> 1 МВА) должны оставаться под напряжением в течение восьми часов перед переносом нагрузки.
  12. Провести эксплуатационные проверки счетчиков и реле.
  13. Передать в эксплуатацию и сообщить информацию о включении в офис TNE.
  14. Сдайте исправленные распечатки и отчеты об испытаниях, которые должны включать следующее:
    • Все данные испытаний
    • Данные о влажности и масле
    • Возникшие проблемы
    • Данные в процессе эксплуатации
    • Время подачи питания и пуск в эксплуатацию

ВЕРНУТЬСЯ НАЗАД

Преимущества автотрансформатора
  • Снижены потери на заданную мощность в кВА.
  • Экономия в размере и весе.
  • Размер очень меньше.
  • Регулировка напряжения намного лучше.
  • Стоимость невысока.
  • Требование тока возбуждения низкое.
  • При проектировании автотрансформатора медь используется реже.
  • В обычном трансформаторе повышающее и понижающее напряжение фиксировано, в то время как в автотрансформаторе выходная мощность изменяется в соответствии с требованиями

НАЗАД В НАЧАЛО

Недостатки автотрансформатора
  • Более высокие уровни защиты оборудования и люди необходимы из-за более высоких токов короткого замыкания и из-за низкого последовательного импеданса автотрансформатора, который повреждает как оборудование, так и создает угрозу для людей.
  • В случае короткого замыкания какой-либо обмотки автотрансформатора выходное напряжение будет повышаться до более высокого, чем рабочее напряжение, что приведет к очень серьезным повреждениям.
  • Он состоит из одной обмотки вокруг железного сердечника, который вызывает изменение напряжения от одного конца к другому. Отсутствует изоляция низкого и высокого напряжения ни на входе, ни на выходе трансформатора. Таким образом, любой шум или напряжение, относящиеся к одной стороне, будут отражаться на другой стороне. Таким образом, схемы фильтрации необходимы везде, где в электронных схемах используется автотрансформатор.

НАЗАД В начало

Применение автотрансформатора
  • Используется в синхронных и асинхронных двигателях как часть пускового устройства.
  • Используется в лабораториях по испытанию электрооборудования.
  • Используется в качестве усилителя в фидерах переменного тока для повышения желаемого уровня напряжения.
  • Используется для пуска двигателей с короткозамкнутым ротором и асинхронных двигателей с фазным ротором.
  • Для соединения систем, работающих при пороговых напряжениях.
  • В качестве ускорителей для повышения входного напряжения

НАЗАД В НАЧАЛО

Ограничения автотрансформатора
  • Не может использоваться для изолированных работающих систем, поскольку заземление является общим для оборудования, подключенного к входу и выходу.
  • К вопросам безопасности следует отнестись строго, поскольку явление общего заземления может создать угрозу для человека.
  • Нарушение изоляции обмотки автотрансформатора приведет к подаче полного входного напряжения на выход.

НАЗАД К НАЧАЛУ

Резюме
  • Автотрансформаторы - это трансформаторы, в которых первичная и вторичная обмотки связаны магнитно и электрически.
  • Это приводит к более низкой стоимости, меньшим размерам и весу.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Автотрансформаторы - Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Определение автотрансформаторов: однообмоточный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, соединенными магнитным и электрическим соединением.

До сих пор мы имели дело с трансформаторами, у которых нет электрического соединения между первичной и вторичной обмотками. Единственное соединение было магнитным. С другой стороны, автотрансформаторы имеют электропроводящую связь между первичной и вторичной обмотками.

В автотрансформаторе только одна обмотка. Общая обмотка - это часть первичной и вторичной обмоток.

Все правила для двухобмоточных и многообмоточных трансформаторов применимы к автотрансформаторам.

Понижающие автотрансформаторы Рисунок 20. Понижающий автотрансформатор

Вы заметите, что на весь трансформатор всего одна обмотка. Часть обмотки перед нагрузкой называется первичной, а часть обмотки, параллельная нагрузке, называется вторичной или общей обмоткой.

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается, как работают понижающие трансформаторы. В нем вам покажут, как рассчитать токи, напряжения и мощность обмоток.

Повышающие автотрансформаторы Рисунок 21. Повышающий автотрансформатор

Повышающий автотрансформатор работает по тем же принципам, что и понижающий трансформатор. Единственное отличие состоит в том, что напряжение на нагрузке будет больше, чем напряжение источника. Все те же правила действуют как понижающий автотрансформатор.

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается, как работают повышающие трансформаторы.В нем вам покажут, как рассчитать токи, напряжения и мощность обмоток.

Шаги для решения расчетов автотрансформатора

Выполните следующие действия при выполнении расчетов автотрансформатора:

  1. Назначьте полярность - полярность нагрузки определяется тем, какая клемма является наиболее положительной по отношению к другой клемме.
  2. Рассчитайте максимальную допустимую нагрузку на обмотку высокого и низкого напряжения.
  3. Постройте график протекания тока через нагрузку и обмотку последовательной нагрузки.
  4. Рассчитайте максимальную нагрузку ВА.
  5. Рассчитать ток в линии на основе ВА нагрузки.
  6. Постройте график текущего расхода в соответствии с действующим законом Кирхгофа.

Понижающие / повышающие автотрансформаторы

Рис. 22. Стандартный двухобмоточный трансформатор в качестве автотрансформатора

Одним из определяющих принципов автотрансформатора является то, что он имеет общую магнитную и электрическую цепь. В качестве автотрансформатора можно подключить стандартный двухобмоточный трансформатор. Я знаю, что это похоже на волшебство, но это очень реально.Это очень похоже на то, как мы проверяли полярность аддитивного или вычитающего трансформатора.

От того, как подключены полярности, будет зависеть, является ли трансформатор повышающим или понижающим. В понижающей конфигурации напряжения двух обмоток будут вычитаться друг из друга, чтобы обеспечить напряжение нагрузки. В повышающей конфигурации напряжения двух обмоток будут складываться друг с другом, чтобы обеспечить напряжение нагрузки.

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается, как работает повышающий / повышающий автотрансформатор и как выполнять расчеты.

Видео

«Понижение автотрансформатора» от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Видео

Step up Autotransformer от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Buck boost Видео «Автотрансформаторы» от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Когда понижающий-повышающий трансформатор подключен как автотрансформатор, какова процедура определения номинального тока устройства защиты от сверхтоков, такого как предохранитель или автоматический выключатель?

Когда понижающий-повышающий трансформатор подключен как автотрансформатор, какова процедура определения номинального тока устройства защиты от сверхтоков, такого как предохранитель или автоматический выключатель?

Статья 450-4 NEC описывает защиту автотрансформаторов от сверхтока.Он воспроизводится следующим образом: «NEC 450-4 - Автотрансформаторы 600 В, номинальное или менее

.

(a) Защита от перегрузки по току. Каждый автотрансформатор номиналом 600 В или менее должен быть защищен индивидуальным устройством защиты от перегрузки по току, установленным последовательно с каждым незаземленным входным проводником. Такое устройство защиты от перегрузки по току должно быть рассчитано или настроено не более чем на 125 процентов от номинального входного тока при полной нагрузке автотрансформатора. Устройство защиты от перегрузки по току не должно устанавливаться последовательно с шунтирующей обмоткой.

Исключение : Если номинальный входной ток автотрансформатора составляет 9 ампер или более, и 125 процентов этого тока не соответствуют стандартному номиналу предохранителя или нерегулируемого автоматического выключателя; следующий более высокий стандартный рейтинг, описанный в нашем разделе, будет разрешен. Когда номинальный входной ток составляет менее 9 ампер, допускается использование устройства защиты от сверхтока, рассчитанное или настроенное не более чем на 167 процентов входного тока.

(b) Трансформатор с полевым подключением в качестве автотрансформатора.Трансформатор, подключенный к полю как автотрансформатор, должен быть идентифицирован для использования при повышенном напряжении ».

Пример : Трансформатор 1 кВА, каталожный № Q1C0ERCB, рассчитан на напряжение от 120 x 240 до 12 x 24 В. Он должен быть подключен как автотрансформатор для повышения однофазного напряжения с 208 до 230 вольт. При подключении в качестве автотрансформатора в этом приложении номинальная мощность кВА увеличивается до 9,58 кВА или 9 580 ВА. Это номинал, который будет использоваться для определения входного тока полной нагрузки и соответствующего размера устройства защиты от сверхтоков, будь то предохранитель или прерыватель.

Входной ток при полной нагрузке = 9580 Вольт = 46 А, 208 Вольт.

Когда ток полной нагрузки превышает 9 ампер, устройство защиты от сверхтока (обычно предохранитель или нерегулируемый прерыватель). Номинальный ток может составлять до 125 процентов от полной нагрузки входного тока автотрансформатора.

Макс. номинальный ток устройства защиты от перегрузки по току = 46 ампер x 125% = 57,5 ​​ампер.

Национальный электротехнический кодекс, статья 450-4 (a) Исключение, разрешает использовать следующий более высокий стандартный номинальный ток устройства защиты от сверхтока.Это показано в статье 240-6 NEC.

Макс. номинал предохранителя или автоматического выключателя = 60 ампер.

Автотрансформатор против изолирующего трансформатора | Разделительный трансформатор против автотрансформатора

Преимущества изолирующего трансформатора

  • Лучшее качество электроэнергии
  • Снижение шума
  • Снижает скачки напряжения
  • Безопасность

Преимущества автотрансформатора

  • Дешевый и более эффективный
  • Меньшая индуктивность утечки между первичной и вторичной обмотками
  • Простая конструкция
  • Меньшая занимаемая площадь при той же мощности в ВА

Изолирующий трансформатор - это электрический трансформатор с первичной и вторичной обмотками.Эти обмотки разделены изоляцией. Эта изоляция снижает риск поражения электрическим током при одновременном прикосновении к активным частям и заземлению.

Автотрансформатор - это электрический трансформатор с одной обмоткой. Термин «авто» относится к одной катушке, действующей отдельно, а не к автоматическим механизмам любого вида. В автотрансформаторе части одной и той же обмотки действуют как первичная и вторичная стороны трансформатора.

Работа изолирующего трансформатора

Изолирующий трансформатор предназначен в первую очередь для изоляции цепей.Эти трансформаторы разработаны и изготовлены с учетом емкостной связи между двумя обмотками. Емкость между первичной и вторичной обмотками также будет связывать переменный ток (AC), ток от первичной до вторичной.

Работа автотрансформатора

Основное назначение автотрансформатора - регулировать напряжение в линиях передачи и может использоваться для преобразования напряжений. Имея только одну обмотку, автотрансформатор автоматически регулирует напряжение в зависимости от нагрузки.Эти трансформаторы требуют переменного тока для правильной работы и не будут работать на постоянном токе.

Общие приложения для автотрансформатора

  • Повышение в конце длинной линии передачи для компенсации потерь в линии
  • Пониженное напряжение пуска асинхронного двигателя
  • Для включения управления выходом выпрямителя, многоотводное питание первичной обмотки
  • Пуск люминесцентного светильника

Общие приложения изолирующего трансформатора

  • Компьютеры и периферия
  • Медицинское оборудование
  • Аппаратура дистанционного управления
  • Телекоммуникационное оборудование

Свяжитесь с Badger Magnetics сегодня, чтобы оценить ваши конкретные потребности в трансформаторе, будь то изолирующий трансформатор или автотрансформатор.

Badger Magnetics - ведущий производитель электромагнитных трансформаторов .

Чем отличается автотрансформатор?

Определение трансформатора - это устройство, изменяющее напряжение в цепи переменного тока.

Возможно, вы слышали об автотрансформаторе или повышающем трансформаторе, и эти термины обычно используются для обозначения одного и того же типа устройства; они просто подчеркивают разные аспекты. Трансформатор не обязательно должен быть повышающим, чтобы быть автотрансформатором, и не обязательно быть автотрансформатором, чтобы быть повышающим, но эти два элемента часто идут вместе.

Автотрансформатор

Слово «авто» в «автотрансформаторе» на самом деле означает просто один или единственный, а не «автоматический» или «автоматический», как мы обычно думаем. Это автотрансформатор, потому что он имеет только одну индуктивную (магнитную) обмотку, используемую как первичной, так и вторичной.

Понижающий импульс

Понижающий уровень означает, что он снижает напряжение, а повышение означает его увеличение. Понижающий-повышающий трансформатор означает, что он может как увеличивать, так и уменьшать напряжение.

Каково их приложение?

Понижающие и повышающие автотрансформаторы часто используются для небольших изменений напряжения, например, с 208 В до 240 В (повышающее напряжение) или с 240 В до 208 (понижающее напряжение). Обычно они эффективны и недороги, когда требуются только небольшие изменения, тогда как традиционный двухкатушечный трансформатор более практичен для более крупных изменений.

Большинство этих трансформаторов будет иметь несколько точек отвода для разных выходных и входных напряжений. Часто их можно подключать в различных конфигурациях для выполнения широкого спектра функций, как в случае с Emerson Sola HD.

Одним из основных факторов, влияющих на автотрансформатор, является отсутствие изоляции между первичной и вторичной обмотками, поэтому нарушение изоляции обмоток автотрансформатора может привести к приложению входного напряжения к выходу и повреждению компонентов. Также существует большая вероятность проблем с гармониками и замыканиями на землю из-за этого «смешения» первичной и вторичной обмоток.

—Bryan

Сопутствующее

Автотрансформатор: работа, преимущества, недостатки | Electrical Academia

Определение автотрансформатора

Автотрансформатор имеет одну обмотку на железном сердечнике.Одна из клемм катушки является общей для входа и выхода, а другая выходная клемма подвижна, так что она может контактировать с любым витком обмотки.

Повышающий / понижающий автотрансформатор

Автотрансформатор может использоваться как повышающий или понижающий трансформатор. В качестве повышения его часто называют повышением, а при понижении - понижающим соединением. На рисунке 1 показано схематическое изображение понижающего соединения, а на рисунке 2 показано повышающее соединение.

Принцип работы автотрансформатора

Автотрансформатор выполняет функцию, аналогичную функции обычного трансформатора, для повышения или понижения напряжения. Он состоит из одной непрерывной обмотки с отводом, выведенным в некоторой промежуточной точке, как показано на рисунке 1. Поскольку первичная и вторичная обмотки автотрансформатора физически соединены, напряжение питания и выходное напряжение не изолированы друг от друга.

Рис.1: Схема автотрансформатора

Когда на первичную обмотку автотрансформатора подается напряжение V 1 , наведенные напряжения связаны соотношением

\ [\ begin {matrix} \ frac {{{E} _ {1}}} {{{E} _ {2}}} = \ frac {{{E} _ {ac}}} {{{E} _ {bc}}} = \ frac {{{N} _ {1}}} {{{N} _ {2}}} = a & {} & \ left (1 \ right) \\\ end {matrix} \]

Без учета падений напряжения в обмотках

\ [\ begin {matrix} \ frac {{{V} _ {1}}} {{{V} _ {2}}} = a & {} & \ left (2 \ right) \\\ end {matrix} \]

Когда нагрузка подключена к вторичной обмотке автотрансформатора, ток I 2 течет в направлении, показанном на рис.1. Согласно действующему закону Кирхгофа

\ [\ begin {matrix} {{I} _ {2}} = {{I} _ {1}} + \ text {} {{I} _ {3}} & {} & \ left (3 \ right) \\\ end {matrix} \]

Как и в обычном трансформаторе, первичный и вторичный ампер-витки уравновешивают друг друга, за исключением небольшого тока, необходимого для намагничивания сердечника:

\ [\ begin {matrix} {{N} _ {1}} {{I} _ {1}} = {{N} _ {2}} {{I} _ {2}} & {} & (4 ) \\\ end {matrix} \]

Уравнение 4 также можно записать как

\ [\ begin {matrix} \ frac {{{I} _ {2}}} {{{I} _ {2} }} ~ = \ frac {{{N} _ {1}}} {{{N} _ {2}}} ~ = a & {} & \ left (5 \ right) \\\ end {matrix} \ ]

Подставляя уравнение (5) в уравнение (3), коэффициент тока обмотки определяется как

\ [\ begin {matrix} \ frac {{{I} _ {3}}} {{{I} _ {1}}} ~ = a-1 & {} & \ left (6 \ right) \\\ end {matrix} \]

В автотрансформаторе, полная мощность, передаваемая от первичной обмотки к вторичной, фактически не проходит через всю обмотку.Это означает, что можно передавать большее количество мощности без превышения номинального тока обмоток трансформатора.

\ [\ begin {matrix} {{S} _ {1}} = \ text {} {{V} _ {1}} {{I} _ {1}} & {} & \ left (7 \ справа) \\\ end {matrix} \]

Аналогично, полная выходная мощность определяется как

\ [\ begin {matrix} {{S} _ {2}} = \ text {} {{V} _ {2}} {{I} _ {2}} & {} & \ left (8 \ right) \\\ end {matrix} \]

Однако полная мощность в обмотках трансформатора составляет

\ [\ begin {matrix} {{S} _ {w}} = \ text {} {{V} _ {2}} {{I} _ {3}} = ({{V} _ {1}} - {{ V} _ {2}}) {{I} _ {2}} = \ text {} {{S} _ {ind}} & {} & \ left (9 \ right) \\\ end {matrix} \ ]

Эта мощность является составляющей мощности, передаваемой трансформатором или электромагнитной индукцией.

Разница (S 2 –S w ) между полной выходной мощностью и полной мощностью в обмотках является составляющей выходной мощности, передаваемой за счет электрической проводимости. Это равно

\ [\ begin {matrix} {{S} _ {cond}} = \ text {} {{V} _ {2}} {{I} _ {2}} - \ text {} {{V} _ {2}} {{I} _ {3}} = \ text {} {{V} _ {2}} {{I} _ {1 ~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~}} & {} & \ left (10 \ right) \\\ end {matrix} \]

Преимущества автотрансформатора

Обратите внимание, что если коэффициент трансформации трансформатора равен большой, номинальная мощность автотрансформатора будет намного больше, чем номинальная мощность обычного трансформатора.В обычном трансформаторе вся мощность преобразуется, тогда как в автотрансформаторе большая часть мощности проводится с повышенным потенциалом. В результате автотрансформатор намного меньше обычного трансформатора того же номинала.

Другие преимущества автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором:

  1. Дешевле
  2. Более эффективен, поскольку потери остаются прежними, а номинальные характеристики повышаются по сравнению с обычным трансформатором
  3. Более низкий ток возбуждения
  4. Лучшее регулирование напряжения

Недостатки автотрансформатора

Некоторые из недостатков автотрансформатора:

  1. Большой ток короткого замыкания
  2. Отсутствует изоляция между первичной и вторичной обмотками
  3. Используется только при умеренно меньших изменениях напряжения

Применения автотрансформатора

Практические применения автотрансформатора включают:

  1. Они обычно используются для соединения линий передачи с немного разными напряжениями (например.g., 115 кВ и 138 кВ или 138 кВ и 161 кВ)
  2. Они используются для компенсации падений напряжения в длинных фидерных цепях, где важно, чтобы каждое нагрузочное устройство получало одинаковое напряжение (например, в цепях освещения аэродрома для обеспечения равномерная интенсивность лампы)
  3. Они предлагают регулируемый контроль напряжения в лабораторных условиях: когда мы перемещаем скользящий контакт, практически вся катушка может стать последовательной катушкой. Следовательно, вся катушка должна быть рассчитана на максимальный ток.
  4. Они используются для регулировки выходного напряжения трансформатора, чтобы поддерживать постоянное напряжение системы при переменной нагрузке.

Пример автотрансформатора

Однофазный двухобмоточный трансформатор 10 кВА, 440/110 В подключается в качестве автотрансформатора для питания нагрузки 550 В от источника питания 440 В, как показано ниже. Рассчитайте следующее.

  1. кВА Номинальная мощность автотрансформатора
  2. Полная мощность, передаваемая посредством проводимости
  3. Полная мощность, передаваемая посредством электромагнитной индукции

Решение

Однофазный двухобмоточный трансформатор повторно подключается как автотрансформатор, как показано на Рис. .2. Номинальные значения тока обмоток приведены по формуле

Рис. 2: Пример автотрансформатора

\ [\ begin {array} {* {35} {l}} {{I} _ {ab}} = 10,000 / 110 \ text {} = \ text {} 90,9 \ text {} A \\ {{I} _ {ab}} = 10 000/440 \ text {} = \ text {} 22,7 \ text {} A \\\ end {array} \]

При полной или номинальной нагрузке токи первичной и вторичной обмоток равны

\ [\ begin {array} {* {35} {l}} {{I} _ {2}} = \ text {} 90.9 \ text {} A \\ {{I} _ {1 ~}} = {{I} _ {2}} + {{I} _ {3}} ~ = 90.9 + 22.7 ~ = ~ 113.6 \ text {} A \\\ end {array} \]

Следовательно, номинальная мощность автотрансформатора в кВА составляет

\ [\ begin {array} {* {35} {l}} кВ {{A} _ {1}} ~ = \ left (440 \ right) \ left (113,6 \ right) / 1000 ~ = 50 \ text {} кВА \\ kV {{A} _ {2}} ~ = \ left (550 \ right) \ left (90.9 \ right) / 1000 ~ = 50 \ text {} кВА \\\ end {array} \]

Обратите внимание, что этот трансформатор, номинал которого как у обычного двухобмоточного трансформатора составляет всего 10 кВА, может выдерживать 50 кВА в качестве автотрансформатора.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *