Автотрансформаторы устройство и принцип: Электрическая схема автотрансформатора. Автотрансформаторы — устройство, приницип действия, достоинства и недостатки. Назначение системы охлаждения

Содержание

Электрическая схема автотрансформатора. Автотрансформаторы — устройство, приницип действия, достоинства и недостатки. Назначение системы охлаждения

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а — понижающего, б — повышающего.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1, то оба тока геометрически сложатся, и по участку aХ будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы 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.

В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации — мало отличается от единицы и но более 1,5 — 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не , а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а — понижающего, б — повышающего.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1 , то оба тока геометрически сложатся, и по участку a Х будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы 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.

В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации — мало отличается от единицы и но более 1,5 — 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.

Лабораторные регулируемые однофазные автотрансформаторы состоят из кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода, обмотанного одним слоем изолированного медного провода (рис. 2).

От этой обмотки сделано несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать эти устройства как понижающие или повышающие автотрансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В.

При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.

Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Трехфазные автотрансформаторы

Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.

В трехфазных автотрансформаторах фазы обычно соединяют звездой с выведенной нейтральной точкой (рис. 3). При необходимости понижения напряжения электрическую энергию подводят к зажимам А, В, С и отводят от зажимов а, b , с, а при повышении напряжения — наоборот. Их применяют в качестве устройств для снижения напряжения при пуске мощных двигателей, а также для ступенчатого регулирования напряжения на зажимах электрических печей.

Рис. 3. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкой

Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы используются также в высоковольтных электрических сетях.

Трехфазные автотрансформаторы, как правило, на стороне высшего напряжения соединяются в звезду с нулевым проводом. Соединение в звезду обеспечивает снижение напряжения, на которое рассчитывается изоляция автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Недостатки автотрансформаторов

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.

Существенный недостаток автотрансформаторов — гальваническая связь между первичной и вторичной цепями, что не позволяет использовать их в качестве силовых в сетях 6 — 10 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди.

При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. При этом все части эксплуатируемой установки окажутся соединенными с высоковольтной частью, что не допускается по условиям безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования.

Главное отличие автотрансформатора от обычного трансформатора состоит в том, что две его обмотки обязательно имеют между собой электрическую связь, они наматываются на одном стержне, мощность передается между обмотками комбинированным способом — путем электромагнитной индукции и электрического соединения. Это снижает габариты и стоимость машины (причины и расчет этого факта приведены ниже). Автотрансформатор может быть сделан двухобмоточным и многообмоточным, в каждой из этих модификаций автотрансформаторов обязательно присутствуют обмотки ВН (

высшего напряжения — вход ) и СН (среднего напряжения — выход ), электрически соединенные между собой. В многообмоточных моделях имеется еще одна или несколько обмоток НН (низкого напряжения ), которая имеет с первыми двумя только индуктивную электромагнитную связь. В трехфазном автотрансформаторе обмотки ВН и СН соединяются в звезду с глухозаземленной нейтралью U 0 (точка 0 на рис. 1), а обмотки НН обязательно соединены в треугольник Ñ. По рисунку 1 видно, что обмотка ВН включает в себя общую обмотку ОА m , которая, собственно, и составляет обмотку СН, и последовательной обмотки А m А.

Распределение токов, в работающем автотрансформаторе в режиме номинальной нагрузки, между обмотками неодинаково. В последовательной обмотке А m Апроходит ток нагрузки ВН — I А. По закону электромагнитной индукции в сердечнике автотрансформатора создается магнитный поток, который индуктирует в обмотке СН ток I Am . Таким образом, ток общей обмотки СН образован суммой токов последовательной обмотки I А с электрической связью (ВН и СН), и тока I Am , по магнитной связи этих же обмоток — I СН =I А +I Am .

Рис. 1. Обмотки автотрансформатора: 1трехфазного; 2однофазного

Значение мощности на выходе автотрансформатора равно мощности на его входе. При отсутствии обмотки НН, мощность ВН равна мощности СН, это и есть номинальная мощность S ном автотрансформатора по электрической связи. Она равна произведению номинального напряжения обмотки ВН U ВН, на номинальный ток I ВН последовательной обмотки.

Рассчитывают еще и типовую мощность автотрансформатора называют, которая составляет часть номинальной мощности, передаваемой электромагнитным путем.

S т =S ном* а в , где а в =1-U СН /U ВН — коэффициент выгодности автотрансформатора. Он определяет долю типовой мощности в составе номинальной, чем она меньше, тем меньше габариты и сечения сердечника (магнитопровода) и обмоток автотрансформатора, которые рассчитываются исходя не из полной номинальной, а только из её части — типовой мощности. Поэтому изготовление автотрансформаторов значительно дешевле, чем обычных трансформаторов такой же мощности.

Мощность на общей обмотке является одним из главных параметров, которые нужно контролировать при работе автотрансформатора, превышение её в длительном режиме недопустимо. На рисунке 1 показаны варианты подключения амперметра для измерения нагрузки на общей обмотке при и варианте автотрансформатора.

Чем меньше коэффициент трансформации (чем ближе значения U СН и U ВН), тем выгоднее использование автотрансформаторов и дешевле их изготовление.

Еще одним большим достоинством автотрансформаторов можно назвать возможность регулированиянапряжения под нагрузкой без прерывания питания потребителей. Для большинства автотрансформаторов используется способ переключения ответвлений регулировочной обмотки. Эти регулировочные ответвления берутся от менее нагруженной обмотки ВН, особые устройства — переключатели ответвлений изменяют число включенных в работу витков, тем самым увеличивая или уменьшая коэффициент трансформации и напряжение выхода. Такое регулирование возможно в ручном и автоматическом режимах (при помощи следящих систем с обратной связью, это делает автотрансформатор стабилизатором напряжения). Требования к качеству выходного напряжения для питания потребителей обуславливают применение и важность таких устрйств.

На рисунке 2 показаны схемы регулирования напряжения выхода А mна автотрансформаторе на стороне ВН (1) и на стороне СН (2). Таковы устройство и принципы работы автотрансформаторов.

Трансформаторы являются довольно разнообразной группой оборудования, имеющей существенные внутренние различия по назначению и конструктивным особенностям. Кроме того, работа различного оборудования требует различного напряжения. Существуют средние значения. Которые учитываются при составлении технического допуска на подключение. Например, домашние бытовые приборы рассчитаны на 220, а то и на 110 В. А вот оборудование промышленного типа использует 380 В. Для них предусмотрены свои варианты, более легкие и недорогие. Но прежде чем решиться на использование, следует знать в чем разница между трансформатором и автотрансформатором.

Для чего снижают напряжение?

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует высоких показателей напряжения, в противном случае потери при транспортировке энергии сделают процесс нерентабельным. Но, чтобы использовать электроэнергию в промышленных и, тем более, бытовых целях, требуется ее снижение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильных аналогов — автотрансформаторов.

Несмотря на то, что все приборы такого типа призваны преобразовать исходное напряжение до желаемого, трансформаторы можно разделить на два типа. Первые — повышающие — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для продолжения транспортировки или для использования в промышленных целях. Вторые — понижающие — напротив, снижают напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Что представляют собой оба устройства?

Любой трансформатор — это прибор статического типа, который преобразует переменный ток, частоту, а также число фаз. Это устройство включает в себя две или больше обмоток, которые наматываются на один для всех сердечник из стали. Одна из обмоток обязательно должна быть подключена к источнику переменного тока. Остальные могут быть соединены с конечными потребителями. В результате между ними наблюдается как электромагнитная, так и электрическая связи. Дополнительно обмотка автотрансформатора оснащена тремя и более выводами, то есть имеется возможность подключаться к разным выводам и, соответственно, получать разные значения напряжения.

В основе принципа работы лежит небезызвестная электромагнитная индукция. Проще говоря, меняющийся при прохождении через обмотку магнитный поток образует в ней электродвижущую силу.

Такой тип трансформаторов прекрасно подходит для смены напряжения в сравнительно малом диапазоне.

В чем отличия трансформатора от автоварианта?

Разница между трансформатором и автотрансформатором — это число обмоток. Больше — у трансформаторов, автотрансформаторы имеют всего один экземпляр.

Очевидные плюсы автовариантов обнаруживаются при применении в сетях с уровнем напряжения от 150 кВ и более. Эти приборы дешевле, да и потери в обмотках у них на порядок меньше. Размером автотрансформаторы тоже уступают своим статичным аналогам.

Помимо этого, у автотрансформаторов гораздо выше коэффициент полезного действия. Такое возможно благодаря частичному преобразованию мощности. Стоимостные преимущества же обосновываются меньшим расходом материалов, а соответственно, меньшей массой и большей компактностью.

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.

К оэффициент 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

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 .

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 назначение и устройство. Ключевые отличия трансформатора тока от трансформатора напряжения

Для корректировки и изменения показателей напряжения в пределах маленьких значений используются автотрансформаторы. Устройство и принцип действия этих приборов основана на магнитной и гальванической связи между цепями, так как обмотка напряжения низшего входит в обмотку напряжения высшего. В зависимости от того, какая из них включается, происходит незначительное понижение или повышение напряжения.

Устройство и технические характеристики

Сфера применения автотрансформаторов — питание бытовой техники, промышленные электросети, пуск асинхронных электродвигателей. На крупных производственных объектах они необходимы для повышения напряжения и одновременного уменьшения возможных потерь в линиях электропередач. Благодаря особенностям конструкции, оборудование составило серьезную конкуренцию обычным трансформаторам. В зависимости от назначения, устройствам присваивается буквенное наименование:

В преобразователях электромагнитного типа передача энергии между обмотками происходит благодаря возникновению магнитного поля, сосредоточенного внутри магнитопровода. Отличие автотрансформатора от трансформатора заключается в наличии еще и электрической связи. В момент установки уменьшенного тока в той части обмотки, которая является общей между двумя цепями, возникает увеличение или понижение напряжения. По мнению специалистов, такое устройство позволяет сэкономить сталь, сократив ее количество для создания магнитопровода с меньшим сечением.

Большинство других деталей в конструкции практически ничем не отличается от комплектующих трансформатора. Принцип функционирования агрегата заключается в следующем: в момент создания нагрузки по обмотке перемещается электрический поток, а по проводнику — ток первичный. Происходит геометрическое сложение двух потоков, в результате чего на обмотку выдаются совсем малые показатели.

В зависимости от схемы автотрансформатора и других особенностей конструкции выделяют несколько разновидностей оборудования. Наиболее популярными являются 8 из них, остальные встречаются реже. Каждый из них выбирается в соответствии с будущими условиями эксплуатации:

  • АТД — оборудование с устаревшей конструкцией мощностью в районе 25 Вт.
  • ВУ- 25-Б — позволяет уравнивать токи на вторичной обмотке, если используется схема дифференциальной защиты для силового трансформатора.
  • ЛАТР-1 — лабораторный автотрансформатор, который может использоваться при 127 В.
  • ЛАТР-2 — предназначен для бытовых сетей с напряжением 220 В, регулирует показатели напряжения контактом, который скользит по виткам обмотки.
  • ДАТР-1 — разработан для функционирования в условиях невысокой нагрузки.
  • РНО — предназначен для сетей с повышенной нагрузкой.
  • АТНЦ — незаменимое оборудование в сфере телеизмерений.
  • РНТ — оборудование, рассчитанное на максимально сильные нагрузки в сетях особого назначения.

Кроме того, классификация предполагает деление агрегатов на группы с малой мощностью (не более 1 кВ), средней мощностью свыше 1 кВ и силовые приборы. Использование автотрансформаторов позволяет повысить КПД в работе энергетических систем, а также уменьшить стоимость транспортировки энергии.

Однофазные и трехфазные приборы

В разных отраслях сегодня используются трехфазные и однофазные агрегаты. Последние представлены таким типом оборудования, как ЛАТР (лабораторные автотрансформаторы, рассчитанные на низковольтные сети). В линиях с повышенным напряжением используются понижающие автотрансформаторы, например, 220/100 и 220/110, в которых вторичная обмотка является частью первичной. В конструкциях повышающего типа первичная обмотка — это часть вторичного контура.

предполагает несколько отводов , которые ответвляются от основной катушки. Именно они и определяют понижающую или повышающую способность агрегата. В трехфазных конструкциях может быть два или три контура, а соединение обмоток напоминает по форме звезду. Они предназначены для работы нагревательных элементов в печах.

Аппараты, представленные с тремя обмотками, являются рабочими элементами высоковольтных сетей. Тип контакта предполагает соединения нулевого провода со звездой, что позволяет понизить напряжение, повысить КПД линии и уменьшить расходы на передачу энергии. Одним из недостатков является увеличение количества токов короткого замыкания.

Недостатки эксплуатации

Несмотря на то что автотрансформатор гораздо эффективнее и дешевле в эксплуатации, чем обычный трансформатор, в его использовании тоже могут возникать проблемы . Одним из серьезных недостатков является невозможность гальванической развязки обмоток.

Незначительный рассеивающийся электрический поток между обмотками может спровоцировать короткое замыкание при внезапных неисправностях и неполадках. Чтобы не спровоцировать нарушение функционирования агрегатов, вторичная и первичная обмотка должны иметь идентичные соединения.

В представленной системе затрудняется сохранение электромагнитного баланса , нормализовать который можно увеличением корпуса оборудования. При большой трансформации диапазона не получится существенная экономия энергоресурсов.

Принцип работы автотрансформатора и его конструктивные особенности не позволяют сделать систему с односторонним заземлением. При ремонте и устранении аварийных ситуаций персонал, обслуживающий оборудование, может подвергаться опасности из-за вероятности возникновения высшего напряжение и на низших обмотках. В таком случае установится соединение всех элементов с высоковольтной частью, а изоляция проводников может оказаться пробитой, что не допускается правилами безопасности.

Работа электрооборудования обеспечивается системой повышающих, понижающих трансформаторов. Приборы «отличаются» рядом характеристик. Бытовые агрегаты рассчитаны на напряжение 110 или 220В, а бытовые – на 380В. Некоторые из представленных устройств снижают или повышают напряжение, другие передают электричество постепенно от подстанции потребителям.

Подобные действия совершают «трансформаторы и автотрансформаторы». Агрегаты характеризуются некоторыми отличиями. Однако подобные аппараты предназначены для поддержания требуемого уровня напряжения в сети. Чтобы научиться правильно, безопасно применять подобное оборудование, нужно рассмотреть их главные отличия.

Основное определение

Чтобы понимать, «чем принципиально отличаются трансформатор и автотрансформатор», нужно рассмотреть их определение.

Трансформатор – электромагнитный прибор статического типа, преобразующий электрический ток переменного значения с определенным показателем напряжения в электроэнергию другого уровня. Прибор способен повышать или понижать этот показатель. Система способна преобразовывать частоту и количество фаз электрического тока. Также рекомендуем ознакомиться с конструкцией и принципами работы .

Оборудование включает несколько обмоток. Контуры находятся на сердечнике из специального сплава. Первичная катушка подключается к сети переменного типа. Вторичная катушка или все остальные обмотки соединены с установкой, потребляющей исходящее электричество.

Основным принципом работы прибора является закон Фарадея. При перемещении через обмотку магнитного потока определяется некоторая электродвижущая сила.

При необходимости менять параметры незначительно, разрешается применять «автотрансформатор ». Этот агрегат представляет собой систему с двумя обмотками, объединенными в одну катушку. Это обеспечивает возникновение электромагнитной, электрической связи. Подробнее о автотрансформаторе мы писали .

Основные отличия

Существует всего 5 основных отличий трансформатора и автотрансформатора. Их можно кратко перечислить:

  1. В первую очередь оба этих агрегата отличаются «тем», что у них присутствует разное количество обмоток.
  2. Надежность и безопасность автотрансформатора уступает обычному трансформатору.
  3. Автотрансформаторы стоят дешевле.
  4. Трансформатор имеет меньший уровень КПД.
  5. Габариты автотрансформатора меньше.

У трансформаторов, отличающихся количеством обмоток, есть две катушки и более. Второй тип агрегатов обладает одной совмещенной катушкой. Она имеет минимум три выхода для подключения к различным коммуникациям и получения на выходе различных показателей сети.

Автотрансформаторы применяются в сетях с напряжением от 150 кВ и более. Они компактные, удобные и стоят значительно дешевле. Их главным преимуществом является высокий уровень КПД. Однако существенным недостатком является отсутствие между обмотками изоляционного материала. Это понижает безопасность представленных приборов при его эксплуатации и обслуживании. Для промышленных сетей это не столь важно, но для бытового применения подобный факт является существенным недостатком.

Если применять этот прибор в бытовых сетях, при возникновении аварийной ситуации электричество может быть приложено из первичной обмотки к низшему напряжению. Это происходит из-за пробоя изоляции частей, проводящих электричество. Части агрегата будут соединены с высоковольтными частями. Поэтому для бытовых нужд применяют трансформаторы, а в промышленности – автотрансформаторы.

Рассмотрев основные отличия автотрансформаторов и трансформаторов, каждый пользователь сможет правильно применять подобное оборудование в своих целях.

Для питания различного электрооборудования применяют повышающие и понижающие трансформаторы. Одни приборы требуют напряжение 220 вольт, другие 380 вольт, 110, 127 и т. д. Для понижения напряжения высоковольтных ЛЭП также применяют мощные трансформаторы.

В общем виде, трансформатор представляет собой прибор статического типа, содержащий две или более обмоток, намотанные на шихтованный магнитопровод — сердечник. В процессе работы трансформатора, обмотки пересекаются общим переменным магнитным потоком, и по закону электромагнитной индукции Фарадея, в них наводится ЭДС. Обмотка, включаемая в цепь источника называется первичной, а обмотка, включаемая в цепь потребителя — вторичной. Вторичная обмотка может быть одна или их может быть несколько, в зависимости от назначения конкретного трансформатора.

Наряду с описанной конструкцией, встречаются и так называемые автотрансформаторы, у которых часть первичной обмотки используется в качестве вторичной (понижающий автотрансформатор), или часть вторичной в качестве первичной (повышающий автотрансформатор), то есть гальваническая развязка между первичной и вторичной обмотками отсутствует. Автотрансформаторы относятся к трансформаторам специального назначения, и применяются там, где применение обычных трансформаторов нерентабельно или неудобно.

Обмотка автотрансформатора имеет несколько (три или более) выводов, это дает возможность выбрать способ подключения, и получить требуемый коэффициент трансформации. По этой причине автотрансформаторы применяют там, где нужно менять напряжение в небольших пределах. Наиболее широко автотрансформаторы применяются в системах электроснабжения, требующих плавной регулировки напряжения сети.

При использовании автотрансформаторов в высоковольтных сетях (150кВ и более) особенно отмечается их экономичность по сравнению с обычными трансформаторами: меньшие активные потери, меньшие габариты, более высокий КПД, в силу преобразования лишь части мощности. Значительная экономия материалов, меди и трансформаторной стали, сказывается на снижении веса трансформатора и его стоимости.

Применяют автотрансформаторы и для щадящего пуска мощных электродвигателей, когда в момент старта подают напряжение ниже номинального, а затем, когда двигатель набрал приемлемые обороты — на обмотки подают полное напряжение. Это продлевает жизнь двигателю и немало .

Особенность процесса преобразования в автотрансформаторе также заслуживает внимания. Первичный и вторичный токи, как известно, имеют противоположное направление, и проходя по общей части обмотки они суммируются, создавая меньший результирующий ток. Таким образом, общий участок обмотки может быть выполнен проводом меньшего сечения, это и приводит к экономии меди, особенно при малом коэффициенте трансформации (близком к единице). В остальном, расчеты относительно коэффициента трансформации аналогичны обычному трансформатору, где за основу берется соотношение числа витков.

Единственный недостаток автотрансформатора — отсутствие изоляции между обмотками, поэтому его в обычном виде не применяют в быту. Для промышленных же сетей, это вовсе не недостаток, поскольку там нулевой провод всегда заземляется.

Особенной разновидностью автотрансформатора представляется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), обладающий возможностью плавной и точной регулировки выходного напряжения. Это становится возможным, благодаря применению в качестве сердечника тороидального магнитопровода, на который навита обмотка с неизолированной дорожкой, по которой при настройке скользит угольная щетка, таким образом регулируется количество витков, составляющих вторичную обмотку.

В однофазных ЛАТРах напряжение изменяется от 0 до 250 вольт, в трехфазных — от 0 до 450 вольт. ЛАТРы применяются в лабораториях при осуществлении наладочных работ.

Трансформаторы являются довольно разнообразной группой оборудования, имеющей существенные внутренние различия по назначению и конструктивным особенностям. Кроме того, работа различного оборудования требует различного напряжения. Существуют средние значения. Которые учитываются при составлении технического допуска на подключение. Например, домашние бытовые приборы рассчитаны на 220, а то и на 110 В. А вот оборудование промышленного типа использует 380 В. Для них предусмотрены свои варианты, более легкие и недорогие. Но прежде чем решиться на использование, следует знать в чем разница между трансформатором и автотрансформатором.

Для чего снижают напряжение?

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует высоких показателей напряжения, в противном случае потери при транспортировке энергии сделают процесс нерентабельным. Но, чтобы использовать электроэнергию в промышленных и, тем более, бытовых целях, требуется ее снижение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильных аналогов — автотрансформаторов.

Несмотря на то, что все приборы такого типа призваны преобразовать исходное напряжение до желаемого, трансформаторы можно разделить на два типа. Первые — повышающие — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для продолжения транспортировки или для использования в промышленных целях. Вторые — понижающие — напротив, снижают напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Что представляют собой оба устройства?

Любой трансформатор — это прибор статического типа, который преобразует переменный ток, частоту, а также число фаз. Это устройство включает в себя две или больше обмоток, которые наматываются на один для всех сердечник из стали. Одна из обмоток обязательно должна быть подключена к источнику переменного тока. Остальные могут быть соединены с конечными потребителями. В результате между ними наблюдается как электромагнитная, так и электрическая связи. Дополнительно обмотка автотрансформатора оснащена тремя и более выводами, то есть имеется возможность подключаться к разным выводам и, соответственно, получать разные значения напряжения.

В основе принципа работы лежит небезызвестная электромагнитная индукция. Проще говоря, меняющийся при прохождении через обмотку магнитный поток образует в ней электродвижущую силу.

Такой тип трансформаторов прекрасно подходит для смены напряжения в сравнительно малом диапазоне.

В чем отличия трансформатора от автоварианта?

Разница между трансформатором и автотрансформатором — это число обмоток. Больше — у трансформаторов, автотрансформаторы имеют всего один экземпляр.

Очевидные плюсы автовариантов обнаруживаются при применении в сетях с уровнем напряжения от 150 кВ и более. Эти приборы дешевле, да и потери в обмотках у них на порядок меньше. Размером автотрансформаторы тоже уступают своим статичным аналогам.

Помимо этого, у автотрансформаторов гораздо выше коэффициент полезного действия. Такое возможно благодаря частичному преобразованию мощности. Стоимостные преимущества же обосновываются меньшим расходом материалов, а соответственно, меньшей массой и большей компактностью.

Трансформаторы — устройства, используемые для преобразования одного из параметров электроэнергии — напряжения или силы тока.

Они относятся к пассивным электрическим устройствам, то есть не генерируют, а потребляют энергию, поэтому мощность тока в трансформаторах не может увеличиваться.

Таким образом, все трансформаторы в зависимости от преобразуемого параметра электрической энергии делятся на 2 вида :

  • трансформаторы электрического тока;
  • трансформаторы электрического напряжения.

Работа любого электрического трансформатора основана на принципе электромагнитной взаимоиндукции — способности проводника с током наводить эдс в соседнем проводнике. Проводниками в трансформаторе являются первичная (входная) и вторичная (выходная) обмотки, намотанные на магнитопровод для усиления магнитной связи между ними. Магнитопровод представляет собой замкнутый или разомкнутый сердечник из железа или композитного сплава с высокой магнитной проницаемостью.

Основными показателями трансформатора являются коэффициенты трансформации по напряжению и току:

КU=U2/U1 и KI=I2/I1

где U1,2 — напряжения в первичной и вторичной обмотке, I1,2 — силы тока в первичной и вторичной обмотке. Они показывают, во сколько раз изменяется входной ток или напряжение на выходе трансформатора. В зависимости от величины коэффициента трансформации различают повышающие (К˃1) и понижающие (К

K=w2/w1.

Особенности трансформаторов тока (ТТ)

Трансформаторы тока предназначены для преобразования силы тока без изменения его мощности. В основном они применяются для понижения тока до значений, пригодных для их измерения и используются в распределительных щитах для подключения измерительных приборов, счётчиков энергии, защитных реле. По назначению они делятся на:

  • измерительные;
  • защитные;
  • лабораторные.

В измерительных ТТ первичная обмотка может отсутствовать или представлять собой толстую шину. На шину наматывается несколько витков вторичной обмотки, в которой наводится эдс, пропорциональная силе тока в шине. Шина включается в разрыв цепи, в которой производится измерение. К вторичной обмотке ТТ подключается нагрузка и измерительный прибор.
Важно! Так как КU для ТТ имеет большие значения, то включать их в режиме холостого хода (без нагрузки) запрещается, что может повлечь высоковольтный пробой изоляции проводов и выход из строя трансформатора.

Особенности трансформаторов напряжения (ТН)

ТН предназначены для получения нужной величины напряжения от промышленной сети или другого источника переменного тока. По своему назначению они делятся на:

  • силовые;
  • измерительные;
  • согласующие;
  • лабораторные;
  • высоковольтные трансформаторы.

В быту наиболее широкое применение нашли силовые трансформаторы, используемые повсеместно для подключения бытовых приборов к электросети 220В 50Гц. Конструктивно они представляют собой классический пример устройства трансформатора, состоящего из двух, а также нескольких катушек, намотанных на железный сердечник. По форме сердечника различают:

  • стержневые;
  • кольцевые;
  • тороидальные;
  • Ш-образные трансформаторы.

В отличие от трансформаторов тока благоприятным режимом работы для ТН является режим, близкий к холостому ходу, когда нагрузка на вторичную обмотку минимальна. Оптимальный режим работы достигается, когда сопротивление нагрузки равно или до полутора раз больше сопротивления выходной обмотки трансформатора.

Информио

×

Неверный логин или пароль

×

Все поля являются обязательными для заполнения

×

Сервис «Комментарии» — это возможность для всех наших читателей дополнить опубликованный на сайте материал фактами или выразить свое мнение по затрагиваемой материалом теме.

Редакция Информио.ру оставляет за собой право удалить комментарий пользователя без предупреждения и объяснения причин. Однако этого, скорее всего, не произойдет, если Вы будете придерживаться следующих правил:

  1. Не стоит размещать бессодержательные сообщения, не несущие смысловой нагрузки.
  2. Не разрешается публикация комментариев, написанных полностью или частично в режиме Caps Lock (Заглавными буквами). Запрещается использование нецензурных выражений и ругательств, способных оскорбить честь и достоинство, а также национальные и религиозные чувства людей (на любом языке, в любой кодировке, в любой части сообщения — заголовке, тексте, подписи и пр.)
  3. Запрещается пропаганда употребления наркотиков и спиртных напитков. Например, обсуждать преимущества употребления того или иного вида наркотиков; утверждать, что они якобы безвредны для здоровья.
  4. Запрещается обсуждать способы изготовления, а также места и способы распространения наркотиков, оружия и взрывчатых веществ.
  5. Запрещается размещение сообщений, направленных на разжигание социальной, национальной, половой и религиозной ненависти и нетерпимости в любых формах.
  6. Запрещается размещение сообщений, прямо либо косвенно призывающих к нарушению законодательства РФ. Например: не платить налоги, не служить в армии, саботировать работу городских служб и т.д.
  7. Запрещается использование в качестве аватара фотографии эротического характера, изображения с зарегистрированным товарным знаком и фотоснимки с узнаваемым изображением известных людей. Редакция оставляет за собой право удалять аватары без предупреждения и объяснения причин.
  8. Запрещается публикация комментариев, содержащих личные оскорбления собеседника по форуму, комментатора, чье мнение приводится в статье, а также журналиста.

Претензии к качеству материалов, заголовкам, работе журналистов и СМИ в целом присылайте на адрес

×

Информация доступна только для зарегистрированных пользователей.

×

Уважаемые коллеги. Убедительная просьба быть внимательнее при оформлении заявки. На основании заполненной формы оформляется электронное свидетельство. В случае неверно указанных данных организация ответственности не несёт.

Чем автотрансформатор отличается от трансформатора и для чего он нужен | ЭТМ для профессионалов

Для повышения или понижения напряжения и гальванической развязки цепей используются трансформаторы. Обычный трансформатор состоит из двух и более обмоток не соединённых друг с другом, расположенных на одном сердечнике.

Но изменить величину напряжения можно и с помощью другого устройства — автотрансформатора, принцип действия и сферы применения которого мы и рассмотрим сегодня.

Отличия от трансформатора

Прежде чем перейти к разговору об автотрансформаторе, давайте вспомним как устроен обычный трансформатор. Он состоит из сердечника, на котором расположены две или больше обмоток. Обмотка, которая подключается к источнику питания называется первичной (w1), а обмотка, к которой подключается нагрузка — вторичной (w2).

Рисунок 1 — электромагнитная схема трансформатора

Рисунок 1 — электромагнитная схема трансформатора

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, создаётся магнитный поток Ф и замыкается в сердечнике. Так как вторичная обмотка намотана на том же сердечнике, то магнитный поток, пересекая её витки, наводит в них ЭДС. При подключении ко вторичной обмотке нагрузки Zн индуцированная ЭДС порождает электрический ток. Ток вторичной обмотки влияет на ток первичной обмотки так, что при увеличении тока нагрузки (тока во вторичной обмотке) увеличивается ток в первичной.

Так как индуктированная ЭДС в каждом витке одинаковая, то напряжение первичной и вторичной обмоток зависят только от соотношения количества витков между ними, а это соотношение называется коэффициентом трансформации: k=w1/w2.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи и мощность из одной обмотки в другую передаётся электромагнитным путём, а магнитопровод (сердечник) на котором они расположены усиливает индуктивную связь между обмотками.

Рисунок 2 — схема трансформатора

Рисунок 2 — схема трансформатора

Вернёмся к теме, согласно п. 2.25 ГОСТ 16110-82 автотрансформатор — это трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть.

Фраза «гальванически связаны» — значит, что между первичной и вторичной обмоткой есть электрический контакт. Для наглядности ещё раз изобразим обычный трансформатор и пронумеруем выводы его обмоток: начало и конец первичной — цифрами 1 и 2, а вторичной — цифрами 3 и 4.

Рисунок 3 — схема трансформатора

Рисунок 3 — схема трансформатора

Если соединить вывод 2 с выводом 3 (рисунок 4 — а), то мы получим автотрансформатор. Но такого обозначения на схеме вы не встретите нигде, обычно их изображают как на рисунке 4 — б.

Рисунок 4 — автотрансформатор: а) соединение обмоток для сравнения с трансформатором; б) обозначение на схеме

Рисунок 4 — автотрансформатор: а) соединение обмоток для сравнения с трансформатором; б) обозначение на схеме

На рисунке 5 видим, что обмотка 1-4 первичная, так как к ней подключён источник питания. А вот с обмоткой 3-4 дело обстоит интереснее: так как к ней подключена нагрузка то логично её называть вторичной, но при этом она является частью первичной обмотки.

Примечание. У автотрансформаторов часть от точки подключения к сети до точки подключения нагрузки называют «последовательной», потому что она фактически соединяется последовательно с нагрузкой, а часть обмотки к которой подключается нагрузка называют «общей». Но далее в статье предлагаю называть их «первичной» и «вторичной» обмотки для поддержания аналогии с обычными трансформаторами, по той логике, что нагрузка подключается ко вторичной обмотке, а питание к первичной.

В зависимости от конкретного случая источник переменного тока и нагрузку подключают к разным выводам, например, если подключить источник питания к выводам 1 и 4, а нагрузку к выводам 3 и 4 — мы получим понижающий автотрансформатор. Если подключить питание к выводам 3 и 4, а нагрузку к 1 и 4 — получим повышающий автотрансформатор.

Принцип действия

Рассмотрим принцип работы автотрансформатора, и предположим, что у нас понижающий автотрансформатор к которому питание и нагрузка подключены как изображено на рисунке 4 — в.

Электрический ток, протекая по обмотке 1-4 автотрансформатора, создаёт в сердечнике переменный магнитный поток, который индуктирует в обмотке ЭДС E. При этом ЭДС каждого витка одинакова, и ЭДС во вторичной обмотке E2 будет пропорциональна количеству её витков (w2), относительно полного количества витков автотрансформатора (w1+w2), то есть между точками 1 и 4.

Соотношения этих ЭДС можно записать так:

E/E2=W/w2,

где E – ЭДС индуктированная во всей обмотке, E2 – ЭДС вторичной обмотки, W – общее количество витков первичной и вторичной обмотки (W=w1+w2).

Кстати отношение W/w2 называют коэффициентом трансформации и обозначают латинской буквой k, то есть k=W/w2.

То есть если у нашего автотрансформатора всего 100 витков, при этом нагрузка подключается к последним 30 виткам, то если мы подадим на концы катушки переменное напряжение U1=10 вольт, то на нагрузке будет U2=3 вольта.

Рисунок 5 — электромагнитная схема, напряжения и токи в обмотках автотрансформатора

Рисунок 5 — электромагнитная схема, напряжения и токи в обмотках автотрансформатора

Особенности: ток первичной и вторичной обмоток, мощности

В трансформаторе мощность от источника питания и первичной обмотки передаётся во вторичную обмотку и нагрузку через магнитное поле, пронизывающее сердечник. Электрической связи между обмотками нет. У автотрансформатора обмотки связаны друг с другом, даже более того, «вторичная» обмотка – это часть первичной обмотки. Поэтому мощность от источника питания в нагрузку передаётся и через электрическую, и через магнитную связь.

Из этого вытекает несколько особенностей, и для начала рассмотрим токи в обмотках автотрансформатора. Ток первичной , вернее последовательной части обмотки обозначим как I1, ток нагрузки — I2, а ток, протекающий во вторичной обмотке — I12.

Если составить по первому правилу Кирхгофа уравнение токов, для точки соединения обмоток 2-3, то ток нагрузки I2 состоит из суммы токов I1 и I12:

I2=I1+I12

Выразим ток вторичной обмотки I12:

I12=I2-I1

То есть ток вторичной обмотки равен разницы тока нагрузки и тока первичной обмотки.

И что это нам даёт?

Допустим, к сети напряжением 220В нужно подключить нагрузку с номинальным напряжением 110В, мощность которой составляет 1 кВт.

Для этой задачи можно использовать трансформатор с коэффициентом трансформации 2, давайте рассчитаем номинальный ток нагрузки (вторичной обмотки):

I2=Pн/U2=1000/110=9,1 А.

Ток первичной обмотки, потребляемый трансформатором из сети 220В составит:

I1=Pн/Uс=1000/230=4,34 А.

Таким образом ток вторичной обмотки составит 9,1А, а ток первичной – 4,34 А.

При использовании для этой задачи автотрансформатора с коэффициентом трансформации 2, из сети будет потребляться ток:

I1=Pн/Uс=1000/220=4,34 А.

Ток нагрузки будет таким же, как и в предыдущем случае:

I2=Pн/U2=1000/110=9,1 А.

А вот ток вторичной обмотки:

I12=I2-I1=9,1-4,34=4.76 А

То есть в этом конкретном случае и первичную и вторичную обмотки можно намотать одинаковым проводом, а при использовании трансформатора для вторичной обмотки понадобился бы провод, условно, в два раза большего сечения.

Для большей наглядности давайте посчитаем то же самое, только представим, что у нас есть нагрузка рассчитанная на другое напряжение, например, на U2=175 вольт (величина взята для примера). В этом случае коэффициент трансформации автотрансформатора будет меньше — 1,31. Потребляемый из сети ток останется таким же:

I1=Pн/Uс=1000/220=4,34 А

Рассчитаем ток нагрузки:

I2=Pн/U2=1000/175=5,71 А

Тогда ток вторичной обмотки составит:

I12=I2-I1=5,71-4,34=1.37 А

При использовании трансформатора для этой же задачи ток вторичной обмотки составил бы:

I2=I1×k=5.6 А

Мы видим разницу между токами вторичной обмотки в 5 раз. Это позволяет намотать вторичную обмотку проводом меньшего сечения, чем пришлось бы использовать во вторичной обмотке обычного трансформатора. При этом чем меньше коэффициент трансформации, тем меньше ток во вторичной обмотке автотрансформатора. При коэффициентах трансформации больше 2 это преимущество нивелируется.

В этом и заключается первое преимущество автотрансформатора перед трансформатором.

Примечание — в расчетах я не учитывал потери, коэффициенты мощности и прочее, их цель проиллюстрировать разницу между устройствами, а не рассчитать реальную электрическую цепь.

Для автотрансформаторов выделяют проходную и расчётную мощности, давайте разберёмся в чём их отличие и на что они влияют.

Как уже неоднократно отмечалось, у трансформатора вся мощность из первичной обмотки во вторичную передаётся с помощью магнитного поля. При этом сердечник подбирается по мощности трансформатора, то есть чем мощнее трансформатор – тем больше должен быть сердечник.

У автотрансформатора мощность из сети передаётся в нагрузку не только за счёт магнитной связи, но и за счёт электрической связи между обмотками. Поэтому выделяют несколько видов мощности.

Проходная мощность Sпр — это произведение выходного напряжения на ток нагрузки:

Sпр=U2×I2

Расчётная мощность Sрасч (она же трансформаторная или типовая) — это мощность, которая передаётся из сети в нагрузку магнитным полем, и составляет лишь часть от проходной. Оставшаяся часть от проходной мощности передаётся в нагрузку с помощью электрической связи, обозначим её как Sэ.

Разложим проходную мощность на составляющие. Так как I2=I1+I12, то формула проходной мощности примет вид:

Sпр=U2×(I1+I12)=U2×I1+U2×I12=Sэ+Sрасч

Соответственно:

Sэ=U2×I1

Sрасч=U2×I12

Расчётная мощность так называется, потому что именно её используют при расчётах трансформатора. Что это нам даёт?

В рассмотренном выше примере через сердечник трансформатора передавался 1 кВт мощности, а у автотрансформатора через магнитное поле передавалось всего:

Sрасч=U2×I12=175×1.31=240 Вт

Что в 5 раз меньше, чем у трансформатора. Так как мощность — это основной критерий выбора сердечника, то площадь сердечника автотрансформатора будет меньше, чем у трансформатора аналогичной мощности.

Но как и в случае с сечением провода, чем больше коэффициент трансформации, тем большая мощность передаётся магнитным полем, и наоборот — при маленьких коэффициентах трансформации больше мощности передаётся через электрическую связь. Зависимость отношения Sэ к Sпр от коэффициента трансформации изображена на рисунке 6. Таким образом при больших коэффициентах трансформации выгода от использования автотрансформаторов вместо трансформаторов исчезает.

Рисунок 6 — зависимость Sэ/Sпр от коэффициента трансформации

Рисунок 6 — зависимость Sэ/Sпр от коэффициента трансформации

То есть наиболее целесообразно применять автотрансформаторы вместо трансформаторов при коэффициенте преобразования меньше чем 2.

Подведём итоги

На практике с автотрансформаторами мы сталкиваемся довольно часто, например, в релейных и электронных (симисторных) стабилизаторах напряжения они используются для повышения и понижения напряжения.

Рисунок 7 — блок схема релейного стабилизатора

Рисунок 7 — блок схема релейного стабилизатора

Трёхфазные автотрансформаторы нашли применение в сетях высокого напряжения для связи сетей с «соседними» напряжениями — 110 и 220, 220 и 500 кВ.

Для проведения испытаний, а также настройки электрооборудования используются лабораторные автотрансформаторы – ЛАТРы. Это автотрансформаторы, в которых вместо отвода от обмотки для подключения нагрузки используется скользящий контакт, на рисунке 8 он обведён зелёным цветом, типа токосъёмной щётки. Изменяя положение скользящего контакта, вы подключаете нагрузку к разным виткам обмотки, другими словами – вы можете регулировать напряжение.

При этом с помощью большинства ЛАТРов можно как понижать, так и повышать напряжение. Кстати ЛАТР – это основа электромеханических, или, как их ещё называют, сервоприводных стабилизаторов напряжения.

Рисунок 8 — ЛАТР: а) внешний вид, б) внутреннее устройство (красным выделен скользящий контакт, к которому подключается нагрузка)

Рисунок 8 — ЛАТР: а) внешний вид, б) внутреннее устройство (красным выделен скользящий контакт, к которому подключается нагрузка)

При одинаковой мощности преимущества автотрансформаторов перед трансформаторами заключаются в пониженном расходе меди и электротехнической стали для сердечника. При этом КПД автотрансформаторов достигает 99,7%. Но преимущества тем больше выражены, чем больше Sэ, и меньше расчётная часть Sрасч проходной мощности, то есть при низких коэффициентах трансформации. И все преимущества исчезают при больших коэффициентах трансформации.

Применение автотрансформаторов для преобразования в сетях высокого напряжения улучшает КПД энергосистем, снижает стоимость передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Кроме этого, у автотрансформаторов есть серьёзный недостаток — гальваническая связь с питающей сетью. Это значит, что напряжение на вторичной обмотке может оказаться таким же, как на первичной. Поэтому с целью обеспечения электробезопасности использование автотрансформаторов для питания переносных светильников сверхнизкого напряжения запрещается (ПТЭЭП п.2.12.6 и ряд других документов), а также для питания другого оборудования, на котором работают люди. По этой же причине нельзя использовать автотрансформаторы в качестве силовых для понижения 6-10 кВ до 0,4 кВ.

Из-за наличия электрической связи между обмотками вытекает ещё один недостаток – необходимо выполнять изоляции обеих обмоток на большее напряжение, по сравнению с обычными трансформаторами.

Силовые трансформаторы — устройство и принцип действия

Силовым трансформатором называется электромагнитное устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого более высокого или более низкого напряжения при неизменной частоте. Трансформаторы выпускаются стандартных мощностей: 10, 16, 25, 40 и 63 кВ А с увеличением каждого из этих значений в 10, 100, 1000 и 10000 раз.

Трансформаторы разделяются по способу охлаждения на масляные, сухие, с дутьевым и водомасляным охлаждением; по исполнению — для внутренней и наружной установок, герметичные и уплотненные; по числу фаз — одно- и трехфазные; по числу обмоток — двух- и трехобмоточные; по способу регулирования напряжения — под нагрузкой и при отключенном напряжении.

Сухие (без масла) трансформаторы выпускаются мощностью до 1600 кВ А и напряжением до 15, 75 кВ с естественным охлаждением. Достоинством сухих трансформаторов является их пожаробезопасность.

Для масляных трансформаторов с естественным масляным охлаждением, используемых в закрытых помещениях, обеспечивается непрерывная вентиляция для отвода нагретого и доступа холодного воздуха.

Основными параметрами трансформаторов являются: номинальные напряжения обмоток, номинальная мощность, номинальный ток и номинальная нагрузка обмоток.

Обмотки первичного и вторичного напряжения трехфазных двухобмоточных трансформаторов соединяют по схемам звезда-звезда или звезда-треугольник. В зависимости от направления намотки обмотки, последовательности соединений фазных обмоток и чередования фаз при соединении в звезду или треугольник можно получить ту или иную группу соединений. Наиболее распространенные схемы соединений обмоток трансформаторов приведены на рис. 115.

Рис. 115. Схемы соединений обмоток двухобмоточных трансформаторов:
а — звезда-звезда с выведенной нейтралью; б — звезда-треугольник; в — звезда с выведенной нейтралью-треугольник.

Силовые трансформаторы имеют обозначения, состоящие из букв и цифр. Первая буква указывает число фаз: О — однофазный и Т — трехфазный. Вторая буква указывает вид охлаждения: М — масляное естественное; Д — масляное с дутьевым охлаждением и естественной циркуляцией масла; ДЦ — масляное с дутьевым охлаждением и принудительной циркуляцией масла; MB — масляно-водяное охлаждение масла с естественной циркуляцией; Ц — масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла; С, СЗ, СТ — естественное воздушное охлаждение соответственно при открытом, закрытом и герметизированном исполнениях; у трансформаторов с заполнением негорючих диэлектриков вид охлаждения обозначается буквами Н — естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком и НД — охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительным дутьем.

Третья буква указывает число обмоток (Т — трехобмоточный), четвертая — выполнение одной из обмоток с устройством регулирования напряжения под нагрузкой — РПН и обозначается буквой Н.

Мощность и высшее напряжение трансформатора указываются в обозначениях дробью. Числитель дроби указывает номинальную мощность в кВ А, а знаменатель — высшее напряжение обмоток (ВН) в кВ.

Например, трансформатор типа ТДТН-15000/35 — трехфазный, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, с регулировкой напряжения под нагрузкой, мощностью 15000 кВ А и напряжением ВН — 35 кВ.


Рис. 116. Трехфазный силовой трансформатор мощностью 1000 кВ А с масляным охлаждением:
1 — бак; 2, 5 — нижняя и верхняя ярмовые балки; 3 — обмотка ВН; 4 — регулировочные отводы; 6 — магнитопровод; 7 -деревянные планки; 8 — отвод от обмотки ВН; 9 — переключатель; 10 — подъемная шпилька; 11 — крышка; 12 — подъемное кольцо; 13 — ввод ВН; 14 — ввод НН; 15 — выхлопная труба; 16 — расширитель; 17 — маслоуказатель; 18 — газовое реле; 19 — циркуляционные трубы; 20 — маслоспускной кран; 21 — катки.

Основой конструкции силового двухобмоточного трансформатора (рис. 116) является его активная часть, состоящая из магнитопровода 6 с расположенными на нем обмотками низшего (НН) и высшего 3 (ВН) напряжений, отводов 8 и переключателя напряжения 9. Магнитопровод 6 трансформатора набирается из листов специальной электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Отдельные части магнитопровода собирают в жесткую конструкцию из трех вертикальных стержней с верхним 5 и нижним 2 ярмами с помощью стяжных шпилек и прессующих ярмовых балок, образуя замкнутый контур. Между собой листы стали изолированы лаком или теплостойким покрытием на основе жидкого стекла. Ярмовыми балками из швеллеров листы стали магнитопровода плотно опрессовывают при помощи шпилек. Ярмовые балки и шпильки изолируют от активной стали магнитопровода. Активная часть трансформатора помещается в металлический бак, который предохраняет обмотки от повреждений и является резервуаром для трансформаторного масла.

Обмотки трансформаторов изготовляют из электротехнической меди или алюминия прямоугольного или круглого сечения. Чаще всего применяют цилиндрические и винтовые обмотки. Их отделяют от сердечника, друг от друга и от стенок бака цилиндрами из изолирующего материала (бакелита).

Цилиндрические обмотки выполняют из круглых или прямоугольных проводов с изоляцией из хлопчатобумажной пряжи и наматывают в один слой (однослойная), в два слоя (двухслойная) или несколько слоев (многослойная) одним или несколькими проводами по винтовой линии (рис. 117).



Рис. 117. Однослойная (а), двухслойная (б) и многослойная (в) конструкции цилиндрических обмоток силовых трансформаторов:
1 — выравнивающие кольца; 2 — коробочка из электрокартона; 3 — конец первого слоя обмотки; 4 — планка из бука; 5 — отводы для регулирования напряжения.

Начала и концы обмоток располагают на их противоположных торцах. Однослойные и двухслойные обмотки применяются в качестве обмоток низкого напряжения, а многослойные — в качестве обмоток ВН в трансформаторах мощностью до 630 кВ А.

Цилиндрические многослойные обмотки изготовляют из круглого провода, намотанного на бумажно-бакелитовый цилиндр, плотно укладывая витки слоями и прокладывая между ними листы кабельной бумаги (рис. 117, в). При большом числе слоев между ними укладывают планки из древесины твердых пород или из нескольких слоев полосок склеенного электрокартона, образуя вертикальные каналы. Такая конструкция обеспечивает хороший отвод теплоты для охлаждения обмотки. Для увеличения механической прочности обмотку обматывают хлопчатобумажной лентой, пропитывают глифталевым лаком и запекают при температуре около 100 С.

В более мощных трансформаторах применяют непрерывные обмотки из плоских проводов без разрывов и паек при переходе из одной катушки в другую. Эти обмотки наматываются на рейки, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре и образующие в своих промежутках вертикальные каналы охлаждения, а горизонтальные каналы создаются с помощью пакетов из электротехнического картона, собранных на проваренных в масле деревянных планках. Они применяются в силовых трансформаторах в качестве обмоток низшего и высшего напряжения.

Баки силовых трансформаторов изготовляют из листовой стали. Они могут быть овальной или прямоугольной форм. Баки изготовляют гладкими, а для лучшего охлаждения масла — ребристыми, трубчатыми и с радиаторами. Баки устанавливают на катки для перемещения трансформаторов в пределах помещения подстанции. Сверху бак закрывается съемной крышкой, на которой размещают вводные изоляторы, термометр, пробивной предохранитель, переключатель отводов обмотки для регулирования напряжения, расширитель, газовое реле и предохранительную трубу.

Для присоединения обмоток к токопроводящим шинам применяют фарфоровые изоляторы, через которые проходят медные стержни.

Изоляционное масло в трансформаторе используется в качестве изолирующей и охлаждающей среды. В процессе эксплуатации трансформатора масло стареет и теряет свои первоначальные изоляционные свойства за счет воздействия на него кислорода, влаги, грязи и высокой температуры.

Для измерения температуры верхних слоев масла в трансформаторах мощностью до 1000 кВ А применяют стеклянный термометр с шкалой от -20 до +100 ºС, а в трансформаторах свыше 1000 кВ А — термометрический сигнализатор ТС-100, который служит для контроля температуры масла и для сигнализации или отключения трансформатора при превышении температуры свыше допустимого предела.

В тех случаях, когда вторичные сети имеют изолированную от земли нейтраль, для безопасной работы применяется пробивной предохранитель, имеющий воздушные промежутки. В аварийном режиме воздушные промежутки пробиваются и обмотка низкого напряжения заземляется.


Рис. 118. Переключатели ТПСУ-9-120/11 (а), ТПСУ-9-120/10 (б) отводов обмоток для регулирования напряжения силовых трансформаторов и их схема (в):
1 — сегментный контакт; 2 — коленчатый вал; 3, 4 — бумажно-бакелитовая трубка; 5 — резиновое уплотнение; 6 — крышка трансформатора; 7 — фланец; 8 — стопорный болт; 9 — колпак; 10 — указатель положения; 11 — неподвижный контакт.

Для поддержания необходимого уровня напряжения потребителей у трансформаторов с регулировкой напряжения (рис. 119, а и б) проводят изменение коэффициента трансформации с помощью переключателей ответвлений обмоток (рис. 118). Регулирование напряжения проводится в пределах ±5 %. Трансформаторы с РПН (регулирование под нагрузкой) имеют большое число ступеней и более широкой диапазон регулирования (до 20%).



Рис. 119. Схемы трансформаторов с РПН без реверсирования (а) и с реверсированием (б):
1 — основная обмотка; 2 — регулировочная обмотка; 3 — устройство переключения; 4 — переключатель (реверсор).

Часть обмотки ВН с ответвлениями называется регулировочной обмоткой. Расширение регулировочного диапазона без увеличения числа отводов достигается применением схем с реверсированием (рис. 119, б). Переключатель-реверсор 4 позволяет присоединить регулировочную обмотку 2 к основной 1 согласно или встречно, благодаря чему диапазон регулирования удваивается. Устройство 3 PПН обычно включается со стороны нейтрали X. что позволяет выполнять их с пониженной изоляцией.

Устройство РПН состоит из контактора, разрывающего и замыкающего цепь рабочею тока; избирателя (переключателя), контакты которого размыкают и замыкают электрическую цепь без тока; реактора или резистора; приводного механизма (рис. 120).



Рис. 120. Последовательность работы переключающих устройств с РПН:
Р — реактор; К1, К2 — контакторы; РО — регулировочная обмотка; П — переключатель.

Очередность в работе контакторов и избирателей обеспечивается приводным механизмом с реверсивным пускателем. В нормальном режиме работы через реактор Р проходит ток нагрузки, а в процессе переключения ответвлений — реактор ограничивает значение тока I цирк. Контактор, в котором при переключении возникает дуга на контактах, помещают в отдельном масляном баке. Управление устройством РПН осуществляется автоматически от реле напряжения или дистанционно диспетчером.

На маслоуказателе расширителя нанесены три контрольные черты, соответствующие уровню масла при температуре -45, +15, +40.


Рис. 121. Расположение на крышке трансформатора расширителя, газового реле и предохранительной трубы:
1 — расширитель; 2 — газовое реле; 3 — предохранительная труба.

Газовое реле (рис. 121) служит для сигнализации или отключения трансформатора в случаях внутренних повреждений. Разлагающиеся под действием высоких температур масло, дерево или изоляция выделяют газы, которые воздействуют на поплавки с контактами газового реле. В случае отказа работы газового реле в трансформаторе создается повышенное давление, которое разрушает мембрану предохранительной трубы и выбрасывает газы и масло наружу, предотвращая опасность взрыва бака. Мембрана трубы изготовляется из стекла или фольги.


Рис. 122. Схема автотрансформатора:
а — однофазного; б — трехфазного.

Автотрансформаторы представляют собой трансформаторы, у которых обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения (рис. 122). Автотрансформаторы широко используются для связи электрических сетей напряжением 150/121, 230/121. 350/121, 500/121 и 750/330 кВ. Они выполняются трехфазными или и виде групп, состоящих из трех однофазных. Автотрансформаторы низкого напряжения широко применяются для регулирования напряжения в цепях управления, автоматики, а также при испытаниях оборудования и сетей.

В мощных автотрансформаторах напряжение регулируют переключателем, как и в обычных трансформаторах.

На напряжение 110 кВ изготовляют трансформаторы мощностью от 2500 до 400 000 кВ-А. В их устройство входят все рассмотренные ранее части. Конструктивные отличия отдельных частей вызваны значительными по сравнению с трансформаторами I-III габаритов токами, электрическими полями, потенциалами, потерями в магнитной системе и обмотках.

Рис. 1. Главная изоляция и основные изоляционные промежутки трехфазного трансформатора класса 110 кВ с выводом нейтрали внизу обмотки



Рис. 2. Трехфазный трехобмоточный трансформатор ТДТ-16000/110 в собранном виде :
1 — кран, 2 — вентилятор, 3 — бак, 4 — радиатор, 5 — крюк, 6 — переходный фланец с установкой трансформаторов тока, 7 — ввод 110 кВ, 8 — ввод 35 кВ, 9 — бумажно-бакелитовый цилиндр ввода 110 кВ, 10 — привод переключающего устройства ПБВ, 11 — ввод НН (10 кВ), 12 — выхлопная труба, 13 — газовое реле, 14 — расширитель, 15- маслоуказатель, 16 — воздухоосушитель, 17 — переключатель обмотки ВН, 18 — обмотка ВН (110 кВ), 19 — термосифонный фильтр, 20 — каретка, 21 — распределительная коробка, 22 — площадка для установки домкрата, 23 — магистральная коробка

На рис. 1 показана конструкция главной изоляции трехфазного трансформатора класса 110 кВ при выводе линейного отвода с верхней части обмотки, а нейтрали — с нижней. Обмотки НН изолированы от обмоток ВН и стержня двумя электрокартонньь
ми цилиндрами 1 толщиной по 6 мм, от ярма и прессующего кольца 2- угловыми шайбами 3 толщиной по 6 мм, собранными из полос электрокартона толщиной 0,5 мм; для изоляции фаз обмоток ВН установлены электрокартонные барьеры 4 толщиной по 8 мм каждый с электрокартонными рейками между ними; изоляцией обмоток ВН от нижнего ярма служит барьер 6 толщиной 6 мм. Кроме того, концевая изоляция заполняет промежутки между торцами обмоток и ярмами. Для защиты обмоток ВН от перенапряжений предусмотрены емкостные кольца 5.
Стержни магнитной системы стянуты стеклобандажами, ярма — полубандажами. На рис. 2 показан общий вид трехфазного трехобмоточного трансформатора ТДТ-16000/110 с номинальными напряжениями обмоток ВН-110 кВ; СН- 35 и НН — 10 кВ. Для переключения ответвлений обмоток ВН и СН установлены однофазные переключающие устройства ПБВ барабанного типа.
Для перемещения трансформатора бак 3 снабжен четырьмя каретками 20 с поворотными катками. Бумажно-масляные герметичные вводы ВН установлены на специальных переходных фланцах 6\ во фланцы встроены трансформаторы тока. Нижняя часть вводов ВН закрытая бумажно-бакелитовыми цилиндрами, металлическая часть — экранами, выравнивающими электрическое поле. Система охлаждения Д состоит из прямотрубных радиаторов 4, обдуваемых вентиляторами 2. Напряжение на электродвигатели вентиляторов подается через распределительные коробки 21 (с предохранителями), подключаемые к магистральной проводке, проложенной по стенкам бака. Проводка к внешней электросети подключена через магистральную коробку 23. Все остальные части, установленные на трансформаторе, были рассмотрены ранее и отличаются в основном размерами и массой.

При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи.

Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения.

На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

1. трансформаторы;

2. автотрансформаторы.

Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Эта статья описывает только первые конструкции, у которых передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Особенности устройства

Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки.

Общий вид одного из многочисленных типов силовых трансформаторов, работающего с системами напряжений 110/10 кВ и обладающего величиной полной мощности 10 МВА, показан на фотографии ниже.

Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Более подробно устройство основных частей и их взаимное расположение демонстрирует чертеж.

Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Гидравлическая схема трансформатора

Упрощенно состав и взаимодействие ее основных элементов показано на картинке.

Для залива/слива масла используются специальные задвижки и вкручивающаяся пробка, а запорный вентиль, расположенный внизу бака, предназначен для отбора проб масла и последующего проведения его химического анализа.

Принципы охлаждения

В силовом трансформаторе образовано два контура циркуляции масла:

1. внешний;

2. внутренний.

Первый контур представлен радиатором, состоящим из верхнего и нижнего коллекторов, соединенных системой металлических трубок. Через них проходит нагретое масло, которое, находясь в магистралях охладителя, остывает и возвращается в бак.

Внутри бака циркуляция масла может производиться:

    естественным путем;

    принудительно за счет создания давления в системе насосами.

Часто поверхность бака увеличивается за счет создания гофр — специальных металлических пластин, улучшающих теплообмен между маслом и окружающей атмосферой.

Забор тепла от радиатора в атмосферу может выполняться обдувом системой вентиляторов или без них за счет свободной конвекции воздуха. Принудительный обдув эффективно повышает теплосъем с оборудования, но увеличивает затраты энергии на эксплуатацию системы. Они могут снизить до 25%.

Тепловая энергия, выделяемая современными трансформаторами повышенной мощности, достигает огромных величин. Об ее размере может служить тот факт, что сейчас за ее счет стали реализовывать проекты отопления промышленных зданий, расположенных рядом с постоянно работающими трансформаторами. В них поддерживаются оптимальные условия работы оборудования даже в зимнее время.

Контроль уровня масла в трансформаторе

Масло постоянно циркулирует внутри бака. Его температура зависит от целого комплекса воздействующих факторов. Поэтому объем его все время изменяется, но поддерживается в определенных границах. Для компенсации объемных отклонений масла служит расширительный бачок. В нем удобно наблюдать текущий уровень.

Для этого используется маслоуказатель. Наиболее простые устройства изготавливают по схеме сообщающихся сосудов с прозрачной стенкой, заранее проградуированной в единицах объема.

Подключения такого маслоуказателя параллельно расширительному баку вполне достаточно для контроля эксплуатационных характеристик. На практике встречаются и другие, отличные от этого принципа работы маслоуказатели.

Защита от проникновения влаги

Поскольку верхняя часть расширительного бака контактирует с атмосферой, то в ней устанавливают осушитель воздуха, препятствующий проникновению влаги внутрь масла и снижению его диэлектрических свойств.

Защита от внутренних повреждений

Важным элементом масляной системы является . Его монтируют внутри трубопровода, соединяющего основной бак трансформатора с расширительным. За счет этого все газы, выделяемые при нагреве из масла и органической изоляции, проходят через емкость с чувствительным элементом газового реле.

Этот датчик отстроен от работы на очень маленькое, допустимое газообразование, но срабатывает при его увеличении в два этапа:

1. на выдачу светового/звукового предупредительного сигнала обслуживающему персоналу о возникновении неисправности при достижении уставки первой величины;

2. на отключение силовых автоматических выключателей со всех сторон трансформатора для снятия напряжения при бурном газообразовании, свидетельствующем о начале мощных процессов разложения масла и органической изоляции, начинающихся при коротких замыканиях внутри бака.

Дополнительная функция газового реле — контроль уровня масла в баке трансформатора. При снижении его до критической величины газовая защита может отработать в зависимости от настройки:

    только на сигнал;

    на отключение с выдачей сигнала.

Защита от аварийного повышения давления внутри бака

На крышке трансформатора так монтируется выхлопная труба, чтобы ее нижний конец сообщался с емкостью бака, а масло поступало внутрь до уровня в расширителе. Верхняя часть трубы возвышается над расширителем и отводится в сторону, немного загибается вниз. Ее конец герметично закрыт стеклянной предохранительной мембраной, которая разрушается при аварийном повышении давления из-за возникновения нерасчетного нагрева.

Другая конструкция подобной защиты основана на монтаже клапанных элементов, которые открываются при повышении давления и закрываются при его сбросе.

Еще один вид — сильфонная защита. Она основана на быстром сжатии сильфона при резком повышении газа. В результате сбивается защелка, удерживающая боек, который в нормальном положении находится под воздействием сжатой пружины. Освобожденный боек разбивает стеклянную мембрану и тем самым осуществляет сброс давления.

Электрическая схема силового трансформатора

Внутри корпуса бака размещаются:

    остов с верхней и нижней балкой;

    магнитопровод;

    обмотки высокого и низкого напряжения;

    регулировочные ответвления обмоток;

    низковольтный и высоковольтный отводы

    нижняя часть вводов высокого и низкого напряжения.

Остов вместе с балками служит для механического закрепления всех составных деталей.

Конструкция внутренних элементов Магнитопровод служит для снижения потерь магнитному потоку, проходящему через обмотки. Его изготавливают из сортов электротехнической стали шихтованным способом.

По обмоткам фаз трансформатора протекает ток нагрузки. Материалами для их изготовления выбирают металлы: медь или алюминий с круглым либо прямоугольным сечением. Для изоляции витков используют специальные сорта кабельной бумаги или хлопчатобумажную пряжу.

Концентрические намотанные обмотки выполняют в виде цилиндров, расположенных один в другом. Для стороны высокого напряжения (ВН) создается непрерывная или многослойная обмотка, а для низкого (НН) — винтовая и цилиндрическая.

Обмотку НН располагают ближе к стержню: так легче выполнить слой для ее изоляции. Затем на нее устанавливают специальный цилиндр, обеспечивающий изоляцию между сторонами высокого и низкого напряжения, а на него монтируют обмотку ВН.

Описанный способ монтажа показан на левой части нижерасположенной картинки с концентрическим размещением обмоток на стержне трансформатора.

С правой стороны картинки показан способ размещения чередующихся обмоток, разделяемых изоляционным слоем.

Для повышения электрической и механической прочности изоляции обмоток их поверхность пропитывают специальным сортом глифталевого лака.

Для подключения обмоток одной стороны напряжения между собой используют схемы:

При этом концы каждой обмотки маркируют буквами латинского алфавита, как показано в таблице.

Тип трансформатора Сторона обмотки
Низкого напряжения Среднего напряжения Высокого напряжения
начало конец нейтраль начало конец нейтраль начало конец нейтраль
Однофазный а X Ат Хт А X
Две обмотки три фазы a Х 0 А X 0
b Y



B Y
с г



C Z
Три обмотки три фазы a X
Ат Хт
А X
b Y 0
Y т 0 B Y 0
c Z

Хт
C Z

Выводы от обмоток подключают к соответствующим токоотводам, которые монтируются на шпильки проходных изоляторов, расположенных на крышке бака трансформатора.

Для осуществления возможности регулировки величины выходного напряжения на обмотках делают ответвления. Один из вариантов выполнения регулировочных ответвлений показан на схеме.

Систему регулирования напряжения создают с возможностью изменения номинальной величины в пределах ±5%. Для этого выполняют пять ступеней по 2,5% в каждой.

У мощных силовых трансформаторов регулирование обычно создают на обмотке высокого напряжения. Это упрощает конструкцию переключателя ответвлений и позволяет повышать точность выходных характеристик за счет большего числа витков на этой стороне.

Для многослойных цилиндрических обмоток регулировочные ответвления выполняют на внешнем стороне слоя у окончания обмотки и компонуют их симметрично на одинаковой высоте относительно ярма.

У отдельных конструкций трансформаторов ответвления делают в средней части. При использовании оборотной схемы одна половина обмотки выполняется с правой намоткой, а вторая — с левой.

Для коммутации ответвлений используют трехфазный переключатель.

У него есть система неподвижных контактов, которые подключены к ответвлениям обмоток, и подвижных, осуществляющих коммутацию схемы за счет создания различных электрических цепей с неподвижными контактами.

Если ответвления сделаны около нулевой точки, то одним переключателем управляют работой сразу всех трех фаз. Это можно делать потому, что между отдельными частями переключателя напряжение не превышает 10% линейной величины.

Когда ответвления выполнены в средней части обмотки, то для каждой фазы используется свой, индивидуальный переключатель.

Способы регулирования выходного напряжения

Существуют два типа переключателей, позволяющие изменять количество витков на каждой обмотке:

1. с отключением нагрузки;

2. под нагрузкой.

Первый способ требует больше времени на выполнение и не пользуется популярностью.

Переключения под нагрузкой обеспечивают более легкое управление электрическими сетями за счет беспрерывного электроснабжения подключенных потребителей. Но, для его выполнения необходимо иметь усложненную конструкцию переключателя, который наделяется дополнительными функциями:

    осуществление переходов между ответвлениями без разрыва токов нагрузки за счет подключения двух соседних контактов на момент переключения;

    ограничение тока короткого замыкания внутри обмотки между подключаемыми ответвлениями во время их одновременного включения.

Техническое решение этих вопросов заключается в создании переключающих устройств, работающих от дистанционного управления с применением токоограничивающих реакторов и резисторов.

На фотографии, показанной в начале статьи, у силового трансформатора используется автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой за счет создания конструкции АРН, сочетающей релейную схему управления электродвигателя с приводным механизмом и контакторами.

Принцип и режимы работы

В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного:

    Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле.

    Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

Режимы работы

При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме.

Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки — ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители.

Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

    КПД;

    коэффициента трансформации;

    потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания , создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток.

Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме.

Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей.

Устройство силового масляного трансформатора 110 кВ

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями. Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлена различной величиной рабочих напряжений ЛЭП(35-750 кВ), городских электросетей (как правило 6,10 кВ), напряжения, подаваемого конечным потребителям (0,4 кВ, они же 380/220 В) и напряжения, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные от единиц вольт до сотен киловольт).

Трехфазный трехобмоточный трансформатор ТДТ-16000/110 в собранном виде

1 — кран, 2 — вентилятор, 3 — бак, 4 — радиатор, 5 — крюк, 6 — переходный фланец с установкой трансформаторов тока, 7 — ввод 110 кВ, 8 — ввод 35 кВ, 9 — бумажно-бакелитовый цилиндр ввода 110 кВ, 10 — привод переключающего устройства ПБВ, 11 — ввод НН (10 кВ), 12 — выхлопная труба, 13 — газовое реле, 14 — расширитель, 15- маслоуказатель, 16 — воздухоосушитель, 17 — переключатель обмотки ВН, 18 — обмотка ВН (110 кВ), 19 — термосифонный фильтр, 20 — каретка, 21 — распределительная коробка, 22 — площадка для установки домкрата, 23 — магистральная коробка Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями.

По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые и шихтованные. В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы собирают «внахлестку», воздушный зазор в месте стыка стержней и ярем может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление и соответственно уменьшит потери холостого хода. Кроме того, механическая прочность шихтованного магнитопровода намного выше, чем стыкового. Все это привело к тому, что шихтованные магнитопроводы получили в России основное применение. Листы магнитопровода стягивают посредством ярмовых балок, бандажей из стеклоленты и шпилек, изолированных от листов изоляционными шайбами и трубками.

Форма поперечного сечения стержней обычно многоступенчатая, причем число ступеней зависит от мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы.

Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, которые, как указывалось выше, изолируются кабельной бумагой.

Наиболее распространены концентрические катушечные (непрерывные, винтовые) обмотки.

При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку низкого напряжения (НН), так как она требует меньшей электрической изоляции от заземленного стержня, а затем обмотку высокого напряжения (ВН). Между обмотками делается вертикальный канал, в котором располагается изоляционный цилиндр из электрокартона, а также происходит циркуляция масла.

В комплект обмотки входят также отводы для присоединения к вводам, размещаемым на крышке трансформатора, ответвления для регулирования напряжения, емкостные кольца и электростатические экраны емкостной зашиты от перенапряжений.

Непрерывная обмотка состоит из катушек, соединенных между собой последовательно. Катушки наматываются прямоугольным проводом, располагаемым «плашмя».

Характерной особенностью непрерывной обмотки является выполнение так называемых перекладных катушек.

Между катушками размещаются прокладки из электрокартона, создающие горизонтальные каналы для охлаждения обмотки. Эти прокладки укрепляются на вертикальных рейках посредством специального выреза в виде «ласточкина хвоста».

Трехфазный силовой двухобмоточный трансформатор схематично можно представить следующим образом.

Магнитопровод трехфазного трансформатора образует как бы два «окна», которые так и принято называть. Для упрощения обычно ограничиваются представлением расположения в окне только одной фазы, предполагая, что другая фаза в этом окне располагается симметрично, а в соседнем — аналогично.

Силовой трансформатор может иметь несколько обмоток. Обычно речь идет о трехобмоточных трансформаторах, когда кроме обмоток НН и ВН появляется еще обмотка СН среднего напряжения. Эти обмотки считаются основными, и именно по их количеству определяется вид трансформатора: двухобмоточный или трехобмоточный. Кроме основных в трансформаторе могут быть регулировочные обмотки, с помощью которых обеспечивается регулирование напряжения под нагрузкой (схема РПН). В основных обмотках СН или ВН могут быть участки, посредством которых обеспечивается регулирование напряжения с отключением трансформатора. Это так называемая схема ПБВ — переключение без возбуждения.

Кроме обмоток и магнитопровода, которые в совокупности образуют активную часть трансформатора, в его состав входят другие узлы и блоки: бак, система охлаждения, вводы и др.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток, разме­щенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала, применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т. е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины. Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока электрической сети с напряжением U1. Ко вторичной обмотке присоединяют сопротивление нагрузки U Н .

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения — обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и X ; обмотки НН — буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток I и который создает переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС — е х и е 2 , пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков и соответствующей обмотки и скорости изменения потока.

В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устрой­ствах радиоэлектроники и автоматики — многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что дает возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (u 2 , u 3 , u 4 и т. д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. в трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжений.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из — за внутренних потерь энергии в трансформаторе).При увеличении вторичного напряжения трансформатора в к раз по сравнению с первичным, ток г 2 во вторичной обмотке соответственно уменьшается в к раз.

Трансформатор может работать только в цепях перемен­ного тока. Если первичную обмотку трансформатора под­ключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторич­ной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а следовательно, не передается электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС Е г в первичной обмотке ток 1 1 = U 1/R 1 весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способ­ность его преобразовывать нагрузочное сопротивление.Если к источнику переменного тока подключить сопротивление R через трансформатор с коэффициентом трансформации K , то для цепи источника

R= K 2 R

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления R в к 2 раз. Это свойство широко используют при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источ­ников электрической энергии.

Определение, принцип работы, плюсы и минусы

Что такое автотрансформаторный пускатель?

Автотрансформаторный пускатель — это специальный тип пускателя двигателя, который позволяет запускать двигатели с короткозамкнутым ротором с использованием пониженного пускового тока, поскольку напряжение снижается во время пуска. При пуске автотрансформатора используется устройство, называемое трансформатором.

С помощью трансформатора можно снизить напряжение на двигателе, тем самым уменьшив пусковой ток и пусковой момент.При желании можно вернуться к номинальному напряжению.

Как работает автотрансформаторный пускатель?

Двигатель подсоединен к одному отводу автотрансформатора (выключатель только магнитный замкнут, KA замкнут, KY замкнут), который снижает сетевое напряжение на коэффициент «k» и потребляет в двигателе ток, уменьшенный во столько же раз по сравнению с току, который будет поглощать двигатель при непосредственном питании с полным номинальным напряжением. В результате ток в первичной обмотке трансформатора и, следовательно, в линии будет уменьшен на k2.Следовательно, при уменьшении напряжения на коэффициент k, пусковой момент также уменьшается на k2 по сравнению с запуском при полном напряжении.

Когда двигатель достигает примерно от 80% до 90% своей установившейся скорости, контактор KY размыкается, и двигатель продолжает получать пониженное напряжение за счет индуктивности обмоток автотрансформатора. В этот момент контактор KL замыкается, а контактор KA размыкается, так что двигатель питается напрямую от сети.

Автотрансформаторная цепь стартера

Какие преимущества автотрансформаторного пуска?

Преимущества автотрансформаторного пускателя:

  • Значительно ограничивает пусковой ток.
  • Он производит низкие потери мощности, меньше излучаемого тепла.
  • Обладает хорошими характеристиками при пуске больших двигателей.
  • Подходит для длительных пусковых периодов.
  • Регулировка пускового напряжения может быть выполнена путем выбора правильного ответвления на автотрансформаторе.
  • На рисунке ниже показан график для сравнения пускового тока и пускового момента для пуска трансформатора при 80% напряжении и пуска от сети. Синяя кривая соответствует прямому пуску в сети, а красная кривая — пуску трансформатора.Пунктирные линии представляют пусковой ток, а закрашенные линии — пусковой момент. Как было замечено, пусковой ток и пусковой момент при пуске через трансформатор ниже, чем при прямом пуске в оперативном режиме. Это означает, что пуск через трансформатор может быть более гибким по сравнению с пускателем со звезды на треугольник.

Какие недостатки автотрансформаторного пуска?

Недостатки автотрансформаторного пускателя:

  • Запуск с автотрансформатором считается довольно дорогим.При меньшей мощности это самая дорогая конструкция. Это также не является экономически выгодным, когда оно применяется к двигателям с короткозамкнутым ротором средней / высокой мощности с высокой инерцией.
  • Цепи управления и питания довольно сложные.
  • Из-за физических размеров системы может оказаться невозможным применить пускатель автотрансформатора в условиях ограниченного пространства.
  • Имеет низкий коэффициент мощности.
  • Имеет ограниченный рабочий цикл.
  • Пуск автотрансформатора имеет отчетливый «скачок» между пусковым моментом (меньшее значение) и нормальным рабочим крутящим моментом (высокое значение).Механические и электрические переходные процессы, возникающие при этом переключении, могут не подходить для некоторых нагрузок.
  • Это старая технология.

Применение автотрансформаторного пускателя Пускатели с автотрансформатором

являются наиболее распространенными электромеханическими пускателями пониженного напряжения. Пускатель автотрансформатора может использоваться на любом трехфазном двигателе переменного тока и обеспечивает максимальный пусковой момент при минимальном пусковом токе.

Пускатели с автотрансформатором

идеально подходят для применений, где доступный пусковой ток ограничен, но требуется минимальное уменьшение пускового момента.Поскольку автотрансформатор обеспечивает наивысший КПД по крутящему моменту, он также идеально подходит для приложений, которые могут работать от генератора. Типичные области применения автотрансформаторных пускателей:

  • Центробежные насосы.
  • Вентиляторы.
  • Компрессоры.
  • Конвейеры.

Кто изобрел автотрансформаторный пускатель?

Автотрансформаторный пускатель был изобретен Максом Корндёрфером в 1908 году. В мае 1914 года ему был выдан патент 1 096 922 США.Макс Корндорфер передал свой патент компании General Electric.

Продолжить чтение

В чем разница между трансформатором и автотрансформатором? Автотрансформаторы 18 Автотрансформаторов Конструктивные особенности Принцип действия

Отправить свои хорошие работы в базу знаний просто. Используйте форму ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в учебе и работе, будут Вам очень благодарны.

Размещено на http: // allbest.ru

Имеют структуру автотрансформатор

В общем, любые трансформаторы используются в электрических сетях для изменения величины напряжения. Таким образом, при передаче электроэнергии на большие расстояния увеличение напряжения снижает потери энергии на активном сопротивлении передачи пропорционально квадрату рабочего напряжения.

Таким образом, напряжение генератора электростанции увеличивается в 10-15 раз, передается по ЛЭП, а затем на месте последовательно поэтапно снижается для питания локальных распределительных сетей различного напряжения.Все подобные преобразования напряжения из одного значения в другое осуществляются с помощью трансформаторов и их разновидности — автотрансформаторов .

Основное отличие автотрансформатора от обычного трансформатора состоит в том, что две его обмотки обязательно имеют электрическую связь между собой, они намотаны на один стержень, мощность между обмотками передается комбинированным способом — электромагнитным. индукционное и электрическое подключение.

Это уменьшает габариты и стоимость станка (причины и расчет этого факта приведены ниже).

Автотрансформатор может быть двухобмоточным и многообмоточным, каждая из этих модификаций автотрансформатора должна иметь обмотки ВН (высокое напряжение — вход ) и СН (среднее напряжение — выход ), электрически связанные между собой. В моделях с несколькими обмотками имеется одна или несколько обмоток низкого напряжения (, низкое напряжение, ), которые имеют только индуктивное электромагнитное соединение с первыми двумя.

В трехфазном автотрансформаторе обмотки ВН и СН соединены в звезду с глухозаземленной нейтралью U 0 (точка 0 на рис.1), а обмотки НН обязательно соединяются в треугольник N.

Из рисунка 1 видно, что обмотка ВН включает в себя общую обмотку ОА м , , который, по сути, составляет обмотку среднего напряжения, и последовательную обмотку A m A .

Рис. 1. Обмотки автотрансформатора: 1 — трехфазный; 2– однофазный

Распределение токов в работающем автотрансформаторе при номинальной нагрузке неодинаково между обмотками.

В последовательной обмотке A m A проходит ток нагрузки HV — I A. По закону электромагнитной индукции в сердечнике автотрансформатора создается магнитный поток, который индуцирует ток I Am в обмотке среднего напряжения.

Таким образом, ток общей обмотки СН образуется суммой токов последовательной обмотки I A с электрическим соединением (HV и CH), и тока I Am по магнитному соединению этих же обмоток —

I CH = I A + I Am .

Значение мощности на выходе автотрансформатора равно мощности на его входе. При отсутствии обмотки НН мощность ВН равна мощности СН, это номинальная мощность автотрансформатора S nom для электросвязи. Он равен произведению номинального напряжения обмотки ВН U HV на номинальный ток I HV последовательной обмотки.

Они также рассчитывают типичную мощность автотрансформатора, которая является частью номинальной мощности, передаваемой электромагнитным путем.

S T = S nom * a v ,

где a v = 1-U CH / U VN — коэффициент рентабельности автотрансформатора.

Определяет долю типовой мощности в номинальной, чем она меньше, тем меньше размеры и сечения обмоток сердечника (магнитопровода) и автотрансформатора, которые рассчитываются не от полного номинала, а только от его часть — типовая мощность.Поэтому изготовление автотрансформаторов намного дешевле обычных трансформаторов той же мощности.

Мощность на общей обмотке — один из основных параметров, которые необходимо контролировать при работе автотрансформатора; превышение его в длительном режиме недопустимо.

На рисунке 1 показаны варианты подключения амперметра для измерения нагрузки на общую обмотку при трехфазном и однофазном варианте автотрансформатора .

Чем ниже коэффициент трансформации (чем ближе значения U CH и U HV), тем выгоднее использовать автотрансформаторы и тем дешевле их изготовление.

Еще одно большое преимущество автотрансформаторов — это возможность регулировать напряжение под нагрузкой, не прерывая подачу питания потребителей.

Для большинства автотрансформаторов используется метод переключения отводов для регулирующей обмотки. Эти регулировочные отводы берутся с менее нагруженной обмотки ВН, специальные устройства — отводы изменяют количество включенных в работу витков, тем самым увеличивая или уменьшая коэффициент трансформации и выходное напряжение.

Такое регулирование возможно в ручном и автоматическом режимах (при использовании систем слежения с обратной связью автотрансформатор становится стабилизатором напряжения). Требования к качеству выходного напряжения для питания потребителей определяют применение и важность таких устройств.

автотрансформатор электрический магнитный

На рисунке 2 показаны схемы регулирования напряжения на выходе A m автотрансформатора на стороне ВН (1) и на стороне СН (2). Таковы устройство и принципы работы автотрансформаторов.

Размещено на Allbest.ru

Похожие документы

    Трансформатор — это электромагнитное устройство для передачи электрической энергии через магнитное поле. Зависимость напряжения от нагрузки. Автотрансформаторы, трансформаторы для измерения тока и напряжения. Заземление вторичных обмоток.

    презентация, добавлен 14.12.2011

    Решение проблемы централизованной генерации и передачи электроэнергии на большие расстояния.История изобретения, устройство и классификация трансформаторов как электромагнитных устройств для преобразования переменного тока посредством индукции.

    аннотация, добавлен 23.01.2011

    Устройство, назначение и принцип работы трансформаторов. Расчет электрических величин трансформатора и автотрансформатора. Определение основных размеров, расчет обмоток НН и ВН, параметров и напряжения короткого замыкания. Расчет системы охлаждения.

    аннотация, добавлен 10.09.2012

    Выбор устройств релейной защиты и автотрансформаторной автоматики. Расчет настроек основной и резервной защит. Дистанционная защита автотрансформатора. Выбор настроек элемента дифференциала при торможении. Расчет параметров эквивалентной схемы исследуемой сети.

    курсовая работа, добавлен 21.03.2013

    Характеристики и технические параметры тиристора, его разновидности, принцип действия, условное обозначение и применение.Устройство автотрансформатора, принцип его действия. Обслуживание и ремонт электродвигателей. Чертежи жгутов, кабелей и проводов.

    шпаргалка, добавлен 20.01.2010

    Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора и их значение. Суть напряжения короткого замыкания. Средства улучшения коммутации в машинах постоянного тока. Устройство и принцип работы автотрансформатора, его достоинства и недостатки.

    контрольная, добавлен 09.10.2010

    Описание установленного владения строением короткого заикания Киевского вокзала.Основы конструкции автотрансформатора. Вимоги к реле заисту. Характеристики процесса, в котором можно обвинить в процессе эксплуатации и причину вины.

    диссертация, добавлен 13.02.2016

    Номенклатура силовых трансформаторов. Устройство и принцип работы трансформаторов. Конструкции линий электропередач и их составные части. Виды и применение электросчетчиков. Воздействие электрического тока на организм человека, первая помощь.

    отчет о практике, добавлен 20.11.2013

    Выбор типа тока и напряжения двигателя, его номинальной скорости и конструкции.Расчет мощности и выбор электродвигателя для продолжительной работы. Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока. Выбор мощности двигателя.

    курсовая работа, добавлен 01.03.2009

    Работа асинхронных машин в генераторном режиме. Устройство асинхронных двигателей и их основные характеристики. Получение вращающегося магнитного потока. Создание крутящего момента. Частота вращения статора магнитным потоком и скольжением.

Бывают ситуации, когда необходимо изменять напряжение в относительно небольшом диапазоне.Проще всего это сделать с помощью однообмоточных трансформаторов, которые еще называют автотрансформаторами. В том случае, если коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы, то разница между токами в первичной и вторичной обмотках будет небольшой. Если совместить обе эти обмотки, получится схема самого распространенного автотрансформатора. Эти трансформаторы относятся к группе устройств специального назначения.

Основное отличие автотрансформаторов от обычных трансформаторов заключается в том, что их обмотка с самым низким напряжением является неотъемлемой частью обмотки с самым высоким напряжением.Другими словами, цепи этих обмоток имеют, помимо магнитного, еще и гальваническое соединение. Чтобы получить повышение или понижение напряжения, необходимо правильно включить обмотки автотрансформатора. Их наиболее целесообразно использовать в тех случаях, когда требуется небольшое изменение напряжения. Тогда часть обмотки, соединяющая обе цепи, может быть выполнена из тонкой проволоки, что экономит металл и, конечно же, деньги.

Принцип работы автотрансформаторов

Также с помощью автотрансформатора можно значительно сэкономить на стали, из которой делают магнитопроводы.Учитывая, что этот раздел довольно длинный, экономия значительная. В других электромагнитных преобразователях энергия передается через магнитное поле между двумя обмотками. В автотрансформаторах это осуществляется как через магнитное поле, так и через прямую электрическую связь.

Такие устройства уже успели показать себя исключительно с хорошей стороны. Автотрансформаторы успешно конкурируют с традиционными двухобмоточными трансформаторами. Но только тогда, когда их коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы.По большому счету автотрансформаторы мало чем отличаются от трансформаторов по конструкции. Также в них есть сердечники магнитопровода, на которых установлены две обмотки, от которых берутся выводы. Большинство деталей, используемых в автотрансформаторах, также используются в двухобмоточных трансформаторах.

Трансформаторы

— довольно разнообразная группа оборудования со значительными внутренними различиями по назначению и конструктивным особенностям. Кроме того, различное оборудование требует для работы разного напряжения.Есть средние значения. Что учитывается при оформлении технического разрешения на подключение. Например, бытовая техника рассчитана на 220, а то и на 110 В. А вот промышленное оборудование использует 380 В. У них есть свои варианты, более легкие и недорогие. Но прежде чем решиться на его применение, следует знать, в чем разница между трансформатором и автотрансформатором.

Зачем снижать стресс?

Передача электроэнергии на большие расстояния требует высокого напряжения, иначе потери при передаче энергии сделают процесс нерентабельным.Но чтобы использовать электроэнергию в промышленных и тем более бытовых целях, требуется ее сокращение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильным аналогам — автотрансформаторам.

Несмотря на то, что все устройства этого типа предназначены для преобразования исходного напряжения в желаемое, трансформаторы можно разделить на два типа. Первый — форсированный — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для непрерывной транспортировки или промышленного использования.Второй — понижающий — наоборот, понижает напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Какие бывают оба устройства?

Любой трансформатор — это устройство статического типа, преобразующее переменный ток, частоту, а также количество фаз. Это устройство включает в себя две и более обмоток, намотанных на один стальной сердечник на все. Одна из обмоток должна быть подключена к источнику переменного тока. Остальное можно связать с конечными пользователями. В результате между ними наблюдаются как электромагнитные, так и электрические связи.Дополнительно обмотка автотрансформатора оснащена тремя и более выводами, то есть можно подключать к разным выводам и, соответственно, получать разные значения напряжения.

Принцип действия основан на известной электромагнитной индукции. Проще говоря, изменяющийся при прохождении через обмотку магнитный поток формирует в ней электродвижущую силу.

Этот тип трансформатора идеально подходит для изменения напряжения в относительно небольшом диапазоне.

Чем отличается трансформер от автомобильной версии?

Разница между трансформатором и автотрансформатором заключается в количестве обмоток.Еще — трансформаторы, автотрансформаторы есть только в одном экземпляре.

Очевидные преимущества авто опций обнаруживаются при использовании в сетях с уровнем напряжения 150 кВ и более. Эти устройства дешевле, а потери в их обмотках на порядок меньше. По размерам автотрансформаторы также уступают своим статическим аналогам.

Кроме того, автотрансформаторы имеют гораздо более высокий КПД. Это возможно благодаря частичному преобразованию мощности. Экономические преимущества оправданы меньшим расходом материала, а соответственно меньшим весом и большей компактностью.

Автотрансформаторы

бывают повышающие и понижающие, однофазные и трехфазные. Применяются для питания бытовой техники, пуска асинхронных электродвигателей, в промышленных электрических сетях. В повседневной жизни автотрансформаторы используются для регулировки напряжения сети, если оно слишком высокое или слишком низкое. В промышленности их используют для снижения пусковых токов электродвигателей, повышения напряжения в линиях электропередач для снижения потерь.

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

В обычном трансформаторе первичная и вторичная обмотки электрически не связаны, энергия между ними передается через магнитное поле.Автотрансформатор фактически имеет одну обмотку, от которой отходят выводы. Помимо электромагнитной связи, обмотки автотрансформатора соединены электрически.

Автотрансформатор

В простейшем случае в замкнутой магнитной цепи последовательно соединены две обмотки. В зависимости от варианта подключения источника питания и нагрузки автотрансформатор может работать как повышающий, так и понижающий.

Есть конструкция, в которой реализован механизм ручного регулирования выходного напряжения (Variac, LATR).Применяются и блоки автоматического управления с обратной связью, собственно автотрансформатор с таким устройством можно назвать стабилизатором напряжения.

В автотрансформаторе энергия передается не только магнитным потоком, но и электрически, поскольку обмотки гальванически связаны. Чем ближе коэффициент трансформации к 1, тем меньше энергии передается электромагнитно.

Ниже представлена ​​схема понижающего автотрансформатора, к первичной обмотке которого подключен источник переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка в виде лампы накаливания.

В режиме холостого хода автотрансформатор работает как обычный трансформатор. При подключении нагрузки возникающий в сердечнике переменный магнитный поток наводит в витках вторичной обмотки ЭДС, направленную навстречу ЭДС источника энергии. Следовательно, ток, протекающий через вторичную обмотку, равен разнице между током нагрузки и током первичной цепи. Это позволяет делать вторичную обмотку из проволоки небольшого диаметра.Экономия на меди тем меньше, чем больше коэффициент трансформации отличается от единицы.

Автотрансформатор эффективнее трансформатора и дешевле в производстве при условии, что коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы. Существенным недостатком с точки зрения безопасности является отсутствие гальванической развязки между обмотками.

Потребителям электроэнергии необходимо преобразовать ток до необходимого значения напряжения. Если такие изменения не обнаруживаются в небольшом пределе, можно использовать специальный блок.Обычный трансформатор имеет две катушки. Специальное устройство может иметь только одну комбинированную обмотку. Это автотрансформатор. Используется, если коэффициент конверсии не более 1.

В этом случае разница между уровнем тока в первичной и вторичной обмотках будет небольшой. Что такое автотрансформатор, а также основные принципы его работы будут рассмотрены ниже.

Принцип работы устройства

Автотрансформаторы

отличаются особым устройством и принципом действия.Их первая обмотка является частью второй петли или наоборот. Такие схемы характеризуются электромагнитной и гальванической связью. Подъемно-опускной агрегат используется во многих сферах деятельности человека. Причем его характеристики определяются особенностями включения обмоток.

При подключении к катушке переменного тока магнитный поток обнаруживается в сердечнике. В этот момент в каждом из существующих витков будет индуцирована электродвижущая сила. Причем его стоимость будет одинаковой.

Схема автотрансформатора объясняет, как работает установка. При подключении нагрузки вторичный электрический поток будет перемещаться по обмотке. Первичный ток в этот момент движется по тому же проводнику. Оба потока геометрически складываются. Следовательно, на обмотку будет подаваться очень небольшой электрический ток.

Особенности

Схема замещения автотрансформатора позволяет сэкономить медный проводник. Для такого оборудования потребуется провод меньшего сечения.Это обеспечивает значительную экономию материалов и относительно низкую стоимость аппарата. Снижение затрат на изготовление представленного оборудования возможно за счет уменьшения количества стали для изготовления магнитного привода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы существенно различаются размером сечения сердечника.

Устройство современного автотрансформатора делает оборудование востребованным, если коэффициент трансформации близок к 1 или находится в диапазоне от 1.5 к 2. Если коэффициент больше 3, использование такого устройства становится неоправданным.

Во многом 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 достигает или наоборот немного превышает стандартную норму 220 В.Конструктивные особенности автотрансформатора позволяют настраивать его с определенным шагом. Электронный автотрансформатор с системой переключения и регулирования выполняет этот процесс автоматически.

Разновидности

На выбор типа автотрансформатора влияют его назначение и условия эксплуатации. Чаще всего используются восемь типов представленных агрегатов:

  1. ВУ-25-Б. Предназначен для выравнивания токов вторичной обмотки при использовании схемы дифференциальной защиты силовых трансформаторов.
  2. ATD. Мощность 25Вт. Имеет устаревший тип конструкции. Он долго насыщает и применяется редко.
  3. ЛАТР-1. Принцип работы автотрансформатора позволяет использовать его при нагрузке 127В.
  4. ЛАТР-2. Изготавливается для бытового электроснабжения (220В). В ЛАТР допускается регулирование напряжения путем скольжения контактной катушки по виткам.
  5. ДАТР-1. Используется для легких нагрузок в спецтехнике.
  6. РНО. Используется в условиях высоких нагрузок.
  7. RNT. Эксплуатируется при самых тяжелых нагрузках в сетях специального назначения.
  8. ATNTS. Используется для инструментов телеметрии.

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

Однофазные разновидности

Сегодня используются однофазные и трехфазные автотрансформаторы. В первом случае техника представлена ​​такой разновидностью, как ЛАТР. Применяется для сетей низкого напряжения.При более высоких напряжениях требуется понижающая конструкция, например автотрансформатор типа 220/110 или 220/100. В этом случае вторичная обмотка является частью первичной цепи. Автотрансформаторы повышающего типа, напротив, включают первичную обмотку во вторичную цепь.

В обоих типах устройств регулировка осуществляется перемещением подвижного контакта по виткам обмотки. ЛАТР состоят из кольцевого магнитного привода. Его намотка состоит из одного слоя. Он состоит из изолированного медного провода.

Однофазные автотрансформаторы имеют несколько выводов, отходящих от обмотки. Именно эти элементы конструкции определяют, будет ли агрегат работать на повышение или понижение сетевого напряжения. Для плавной регулировки вторичного напряжения на поверхности обмотки создается небольшая дорожка. С него был снят изоляционный слой. По этой дорожке движется ролик или щетка. Регулировка осуществляется в диапазоне от 0 до 250 В.

Трехфазные разновидности

Наряду с однофазными приборами применяются также трехфазные.Они различаются по типу намотки. Есть трехфазный автотрансформатор с двумя и тремя цепями.

Чаще всего обмотки в таких устройствах соединяются по форме звезды. У них есть отдельная нейтральная точка. Направление подачи напряжения используется для увеличения или уменьшения. Этот принцип лежит в основе запуска в работу мощного двигателя, регулирующего электрический ток по ступенчатой ​​системе. Автотрансформаторы трехфазного типа используются для нагревательных элементов печей.

Аппараты с тремя обмотками применяются в высоковольтных сетях. В этом случае со стороны более высокого напряжения блок подключается к нулевому проводу звездой. Этот вид контакта способен снижать напряжение с учетом характеристик изоляции оборудования. Использование таких устройств может повысить уровень эффективности системы, а также сэкономить затраты на завершение передачи электроэнергии. Однако в этом случае количество токов короткого замыкания увеличивается.

Наличие гальванической связи между комбинированными цепями не позволяет использовать представленное оборудование в электрических сетях (6-10 кВ) при падении напряжения до 0,38 кВ. В этом случае трехфазное напряжение 380В подается непосредственно на потребителей электроэнергии. На таком оборудовании люди могут работать. Во избежание несчастных случаев в аналогичных условиях используются агрегаты других типов.

недостатки

Перед вводом представленного оборудования в эксплуатацию необходимо изучить его основные недостатки:

  • Схема низкого напряжения будет сильно зависеть от высокого уровня напряжения.Чтобы избежать выхода из строя сети, необходимо будет создать продуманную систему электроснабжения низкого напряжения. Только в этом случае устройство сможет выдерживать повышенные нагрузки.
  • Поток, рассеиваемый между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может произойти короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно возрастает.
  • Соединения, которые выполняются между вторичной и первичной обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть проблемы при эксплуатации агрегата.
  • Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Оба блока должны быть нейтральными.
  • Представленная система затрудняет поддержание электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус устройства. Если диапазон трансформации значительный, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что при ремонте автотрансформатора, устранении возникших неисправностей и аварийных ситуаций может снизиться безопасность обслуживающего персонала.Более высокое напряжение также наблюдается на нижней обмотке. В этом случае все элементы системы будут подводиться к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае существует вероятность пробоя изоляции проводов, которые подключаются к электрооборудованию.

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

Автотрансформатор

| electricaleasy.com

Автотрансформатор — это электрический трансформатор, имеющий только одну обмотку. Обмотка имеет не менее трех выводов, что поясняется ниже в деталях конструкции.

Некоторые из преимуществ автотрансформатора заключаются в том, что

  • они меньше по размеру,
  • дешево по стоимости,
  • низкое реактивное сопротивление утечки,
  • повышенная номинальная кВА,
  • низкий ток возбуждения и т. Д.
Примером применения автотрансформатора является использование электрического оборудования США, рассчитанного на питание 115 В (они используют 115 В как стандарт) с более высокими напряжениями в Индии. Другой пример — метод пуска трехфазных асинхронных двигателей.

Строительство автотрансформатора

Автотрансформатор состоит из одного медного провода, который является общим как для первичной, так и для вторичной цепи. Медная проволока намотана на сердечник из многослойной кремнистой стали, с вынутыми по крайней мере тремя выводами.Вторичная и первичная цепи имеют общую нейтральную точку обмотки. Конструкция хорошо объяснена на схеме. Переменное соотношение витков на вторичной обмотке может быть получено за счет отводов обмотки (как показано на рисунке) или за счет плавного скольжения щетки по обмотке. Первичные клеммы закреплены.
Таким образом, в автотрансформаторе, можно сказать, первичная и вторичная обмотки соединены как магнитно, так и электрически.

Работа автотрансформатора

Как я уже описал выше, автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая используется как первичной, так и вторичной цепью, а количество витков, используемых вторичной обмоткой, является переменным.ЭДС, наведенная в обмотке, пропорциональна количеству витков. Следовательно, вторичное напряжение можно изменять, просто меняя вторичное число витков.

Поскольку обмотка является общей в обеих цепях, большая часть энергии передается посредством электропроводности, а небольшая часть — посредством индукции.


Существенными недостатками автотрансформатора являются:
  • любое нежелательное состояние в первичной обмотке повлияет на оборудование во вторичной (поскольку обмотки не имеют гальванической развязки),
  • из-за низкого импеданса автотрансформатора вторичные токи короткого замыкания очень велики,
  • На источник питания будет передано
  • гармоник, генерируемых подключенным оборудованием.
Определение

, особенности автотрансформатора

Автотрансформатор

— это электрический трансформатор с одной обмоткой, часть которой является общей как для первичной, так и для вторичной цепей. Таким образом, первичная и вторичная обмотки имеют одну общую обмотку. По сути, это однообмоточный трансформатор.

Автотрансформатор работает как регулятор напряжения. Так же, как это однообмоточный трансформатор, в автотрансформаторе используется общая обмотка.Он не предлагает никакой изоляции помех и не имеет никаких помех. Ток в цепи высокого напряжения протекает через общие обмотки и последовательно. Ток низковольтной цепи протекает через общую обмотку, и он добавляет вектор к току в высоковольтной цепи, давая общий ток обмотки.

Grant Transformer открыт для всех своих покупателей. Просто позвонив по телефону доверия +618 92497753 , клиенты могут легко получить техническую поддержку и даже забронировать автотрансформатор.

Отличия: Принципиальная разница между изолирующим трансформатором и автотрансформатором заключается в разделении вторичных обмоток. Причина в том, что в автотрансформаторах используется одна обмотка катушки как для первичного входа, так и для вторичного выхода. Таким образом, любой электрический шум, скачки напряжения, провалы или любое нежелательное состояние не будут контролироваться. Поскольку автотрансформатор может напрямую передавать помехи в линии, строительные нормы и правила могут запрещать их использование в определенных областях.

Автотрансформаторы не должны использоваться в закрытом соединении для передачи данных, потому что они будут вносить фазовый сдвиг в схему, что приведет к более высокому потреблению энергии.

Контактная информация: Сильная команда обслуживания клиентов Grant Transformers заботится об их удовлетворении, предоставляя необходимую информацию об автотрансформаторах. Пользователи могут заполнить форму запроса и дождаться ответа с нашей стороны. Наша служба отвечает в течение 24 часов.

Особенности автомобильного трансформатора, производимого Grant Transformer:
  • Автотрансформаторы более эффективны по сравнению с обмоточными трансформаторами. Причина заключается в меньших омических потерях, а также в потерях в сердечнике из-за уменьшения материала трансформатора.
  • Они отличаются улучшенным регулированием напряжения, поскольку падение напряжения в реактивном сопротивлении и сопротивлении одиночной обмотки значительно меньше.
  • Первичная и вторичная обмотки автотрансформатора одинаковы как магнитно, так и электрически, поэтому связанные с этим затраты относительно меньше, чем у обычных трансформаторов.
  • Автотрансформаторы, будучи более эффективными для вольт-амперных характеристик, также имеют дополнительные характеристики. Их размеры меньше, а медь, используемая для изготовления этих машин, меньше, поэтому их стоимость очень доступна по сравнению с трансформаторами с двойной обмоткой аналогичного номинала вольт-ампер.
  • Потери в меди и их сердечнике вместе с I 2 R намного меньше из-за меньшего сопротивления, а также реактивного сопротивления утечки, которые обеспечивают лучшее регулирование напряжения по сравнению с аналогичным двухобмоточным трансформатором.

Функции автотрансформатора: Автотрансформаторы

служат в качестве повышающих и понижающих трансформаторов, поскольку они увеличивают или уменьшают напряжение питания на минимальную величину.

Это отличная замена полностью укомплектованным трансформаторам в случае, если соотношение напряжений между первичной и вторичной обмотками не превышает четырех. В результате это рентабельно, поскольку позволяет сэкономить на физическом оборудовании, а также на площади, занимаемой оборудованием.

С помощью автотрансформаторов напряжение питания снижается, но не может быть увеличено.

Метафизические преимущества автотрансформатора, поставляемого Grant Transformers:

Номинальная мощность автотрансформатора выше номинальной, чем у обычного трансформатора. Вся мощность преобразуется в обычном трансформаторе, в то время как большая часть мощности в автотрансформаторе проходит через высокий потенциал. В результате автотрансформатор имеет небольшие размеры по сравнению с обычным трансформатором того же номинала.

Дополнительные преимущества автотрансформаторов при сравнении с двумя обмоточными трансформаторами:

  • Доступно всем и каждому. Grant Transformer никогда не взимает никаких дополнительных сборов.
  • Высокоэффективный, так как потери остаются прежними, а номинальные характеристики увеличиваются по сравнению с обычным трансформатором.
  • Возбуждающий ток намного ниже.
  • Регулировка напряжения лучше.
  • Автотрансформатор лучший.
  • Автотрансформатор лучше всего использовать в качестве пускателя для подачи от 50% до 60% полного напряжения на индукционный статор с короткозамкнутым ротором во время пуска.
  • Эти машины отлично подходят для усиления распределительных кабелей с целью коррекции падения напряжения.
  • Автотрансформаторы используются даже в качестве дополнения к регулятору напряжения.
  • Для удовлетворения требований к передаче и распределению электроэнергии, а также в железнодорожных и аудиосистемах лучше всего подходят автотрансформаторы.

Применение и применение трансформаторов | Электрооборудование A2Z

Существует целый ряд специальных трансформаторов. Следующий текст описывает только некоторые из этих приложений.

Автотрансформаторы

Общий трансформатор состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Хотя две обмотки физически не соединены, между ними существует магнитная связь. Электрическое разделение между обмотками называется изоляцией.Изоляция снижает вероятность шока.

Автотрансформатор имеет только одну обмотку. В какой-то момент первичная и вторичная обмотки физически соединяются. Нет изоляции. Это состояние увеличивает риск поражения электрическим током. Однако автотрансформатор чаще всего используется в приложениях с относительно низким напряжением.

Автотрансформаторы

могут быть повышающими или понижающими, Рисунок 1 .

Рисунок 1 .Автотрансформаторы дешевле обычных трансформаторов. Отводы можно сделать регулируемыми, чтобы можно было изменять вторичное напряжение.

Индукционный выключатель

Обычно индукционная катушка используется в автоматических выключателях . В автоматических выключателях используется индуктор для срабатывания переключателя для отключения тока в цепи.

Ток, проходящий через катушку выключателя, создает магнитное поле. Когда достигается определенный уровень тока, сила магнитного поля разрывает цепь.Схема должна быть сброшена вручную.

Многие автоматические выключатели предназначены для защиты оборудования или предотвращения пожаров. Автоматический выключатель в удлинителе питания в Рис. 2 предназначен для предотвращения пожаров, вызванных коротким замыканием в электрическом устройстве. Кнопка сбоку позволяет сбросить выключатель.

Рис. 2. В автоматических выключателях в удлинителях используются индукторы для защиты оборудования, имущества и людей.

Балласт освещения

В системах электрического разряда освещения, таких как люминесцентное освещение и пары ртути, используется специальная классификация трансформаторов, известная как балласт .

ПРА служит для двух целей в электроразрядном освещении. Балласт используется для запуска лампы, создавая необходимые уровни напряжения для создания дуги в лампе. Он также ограничивает ток через лампу.

Когда электрическая разрядная лампа работает в проводящем режиме , лампа почти не оказывает сопротивления току. Обмотки балласта лампы состоят из множества витков небольшого провода, которые создают путь с высоким сопротивлением для тока при включении.Как правило, полное короткое замыкание может возникнуть на вторичной стороне цепи балласта без перегрузки балласта, хотя это не рекомендуется.

Балласт, используемый в цепях освещения, обычно очень индуктивный. В большинстве балластных систем используется внутренний или внешний конденсатор, чтобы уменьшить индукцию, вызванную балластом.

Конденсатор помогает уменьшить потери мощности, вызванные индукцией обмоток. Во многих схемах освещения используется балласт в виде автотрансформатора.См. Рисунок 3 .

Рисунок 3 . Балласт люминесцентных ламп — еще одна форма трансформатора. Балласт не только подает на лампу высокое пусковое напряжение, но и ограничивает ток.

Трансформатор связи

Каскады в схеме усилителя иногда соединяются вместе с помощью трансформаторов, Рисунок 4 . Трансформаторы имеют небольшие размеры и используются не для повышения или понижения напряжения, а скорее как способ разделения секций или каскадов системы усилителя.

Трансформатор связи изолирует каждую секцию схемы усилителя, так что конструкция каждой секции и их индивидуальные характеристики сопротивления не мешают работе другой секции. Этот процесс называется согласования импеданса . Трансформатор — это один из способов гарантировать совместимость каждой секции с другой.

Рисунок 4. Трансформаторы могут использоваться для согласования импеданса между различными каскадами электронных схем.

Изолирующие трансформаторы

Изолирующие трансформаторы

обычно используются для отделения коммерческих систем питания от компьютерных или других систем электропитания чувствительного оборудования. Как правило, они находятся в соотношении один к одному и не увеличивают и не уменьшают напряжение.

С помощью изолирующего трансформатора источник питания изолирован от остальной электрической системы. Эта изоляция предотвратит или подавит нежелательные переходные напряжения. Переходные напряжения — это скачки напряжения, превышающие типичное напряжение питания.Изучите Рисунок 5 .

Рисунок 5. Изолирующий трансформатор имеет соотношение витков между первичной и вторичной обмотками один к одному. Этот тип трансформатора используется для изолированного питания компьютеров или другого чувствительного оборудования.

Переходные скачки напряжения сравниваются с типичными синусоидальными волнами. Как вы можете видеть, скачок напряжения имеет гораздо более высокий пик напряжения, чем нормальный синусоидальный сигнал. Пик высокого напряжения может повредить чувствительное электронное оборудование из-за превышения его номинального напряжения, даже если только на короткий период времени.

Переходные напряжения возникают при включении и выключении индуктивных цепей, таких как пускорегулирующие аппараты, двигатели, сварочные аппараты или даже трансформаторы энергокомпании. Изолирующий трансформатор подавляет скачки напряжения.

Катушка зажигания автомобиля

Искра высокого напряжения в электрической системе автомобиля создается катушкой зажигания. Катушка зажигания представляет собой форму автотрансформатора. В нем используется высокое передаточное число для выработки 30 000 вольт или более в зазоре свечи зажигания.

Вам может быть интересно, как принцип трансформатора применяется к цепи постоянного тока. В автомобиле используется 12-вольтовый источник постоянного тока, аккумулятор. Посмотрите на Рисунок 6 , когда мы проследим цепь зажигания.

Рисунок 6. Катушка зажигания представляет собой форму автотрансформатора.

  • 12-вольтовая аккумуляторная батарея подключена последовательно с замком зажигания. Цепь подключается к катушке зажигания, а затем к распределителю .
  • Распределитель вращается, производя размыкание и замыкание цепи. Это действие создает импульсы потока электроэнергии в цепь катушки, включая и выключая катушку.
  • Импульсы создают нарастающее и падающее магнитное поле через обмотку в катушке и, таким образом, вызывают действие трансформатора.

12 В на первичной стороне автотрансформатора создают более 30 000 вольт на вторичной стороне автотрансформатора.

  • Электрическая энергия течет через провод свечи зажигания к свече зажигания.
  • У свечи зажигания цепь намеренно разомкнута. Разрыв в цепи находится в зазоре свечи зажигания.
  • 30 000 Вольт легко проходят через открытый зазор, замыкая цепь на массу шасси.
  • Дуга в промежутке свечи зажигания воспламеняет пары бензина, вызывая взрыв.
  • Взрыв заставляет поршень двигаться, и, таким образом, двигатель запускается.
Принцип работы трансформатора

— StudiousGuy

Электричество — одно из величайших открытий в истории человечества, которое заметно изменило мир.Сегодня мы извлекаем выгоду из различных удобств, которые приносит использование этой фундаментальной силы природы и перенос ее в надуманные регионы; однако так было не всегда. В начале 1800-х годов единственными устройствами, производящими ток, были гальванические элементы, которые вырабатывали небольшие токи путем растворения металлов в кислотах. В 1830 году Фарадей и Генри ускорили исследования электричества, связав его с магнетизмом, что привело к открытию электромагнитной индукции. Это открытие произвело революцию в мире, заложив основу для разработки генераторов переменного тока; Однако только в 1884 году три венгерских инженера, Кароли Зиперновски, Отто Блати и Микса Дери (ZBD), запатентовали первый коммерческий трансформатор, который позволил передавать электроэнергию на большие расстояния.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это электрическое устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи переменного тока от одной цепи к другой. Он используется либо для преобразования переменного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения, либо для получения переменного тока низкого напряжения из переменного тока высокого напряжения.

Компоненты трансформатора

Несмотря на то, что трансформаторы могут весить от нескольких граммов до сотен метрических тонн, есть несколько основных компонентов, перечисленных ниже, которые являются общими для их конструкции.

Ядро

Сердечник трансформатора обычно изготавливается из таких материалов, как мягкое железо или CRGO (холоднокатаная сталь с ориентированной зернистой структурой), поскольку они имеют высокую проницаемость и используются для поддержки обмоток и контролируемого пути генерируемого магнитного потока. в трансформаторе. Ядро обычно состоит из нескольких тонких ламинированных листов или слоев, а не из цельного стержня. Эта конструкция помогает исключить и уменьшить нагрев. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник состоит из пакета тонких пластин кремнистой стали, разделенных тонкими слоями лака.

Обмотки

Обмотки — это провода, намотанные на сердечник. Трансформатор в основном состоит из двух обмоток: первичной и вторичной. Катушка, которая потребляет электричество от источника, известна как первичная обмотка, тогда как катушка, которая подает энергию на нагрузку на другом конце сердечника, известна как вторичная обмотка. Обмотки двух катушек полностью отделены друг от друга, но они магнитно связаны через общий сердечник, что позволяет передавать электрическую энергию от одной катушки к другой.Чтобы ограничить генерацию магнитного потока, эти две катушки иногда разделяют на несколько катушек.

Изоляция

Изоляция — один из важнейших компонентов трансформаторов. Изоляция защищает трансформатор от нескольких поражений электрическим током. Наиболее серьезные повреждения трансформаторов могут вызвать нарушения изоляции. Изоляция обязательно требуется в нескольких частях трансформатора, например, между обмотками и сердечником, между обмотками, каждым витком обмотки и всеми токоведущими элементами и баком.Изоляторы должны обладать высокой диэлектрической прочностью, хорошими механическими качествами и выдерживать высокие температуры. В трансформаторах для выполнения этих условий обычно используется изоляция из целлюлозы. Они сохраняют электрический заряд при включении трансформатора и, таким образом, изолируют компоненты трансформатора, которые находятся под разными напряжениями. Он также выполняет механическую роль, поддерживая обмотки, и способствует термической стабильности трансформатора, образуя охлаждающие каналы.

Масляная изоляция

В некоторых трансформаторах трансформаторное масло в основном служит трем целям: изоляция между токопроводящими частями, охлаждение за счет лучшего рассеивания тепла и обнаружение неисправностей.Масляная изоляция часто используется вместе с твердой целлюлозной изоляцией. Он используется для закрытия всех открытых участков, не имеющих твердой изоляции. Масло также проникает в бумагу и заполняет отверстия для воздуха, тем самым улучшая качество бумажной изоляции. Отработанное тепло рассеивается обмотками трансформатора, и его необходимо исключить. Трансформаторное масло поглощает тепло от обмоток и отводит его наружу трансформатора, где оно может рассеиваться в наружный воздух. Масло, используемое в трансформаторах, обычно получают путем фракционной перегонки и последующей обработки сырой нефти.В основном есть два типа: трансформаторное масло на парафиновой основе и трансформаторное масло на основе нафты; однако из-за их превосходных огнестойких и влагопоглощающих свойств синтетические масла, такие как силиконовое масло, становятся популярными.

Втулочные клеммы

Обычно используется в высоковольтных трансформаторах, вывод проходного изолятора трансформатора представляет собой изолирующее устройство, которое позволяет проводнику с током проходить через заземленный бак трансформатора без какого-либо электрического контакта.Обычно они сделаны из фарфора или эбонита и имеют вид колонны из круглых дисков. Электрическое поле создается всеми элементами, имеющими электрический заряд. Когда наэлектризованный проводник приближается к заземленному материалу с потенциалом земли, он может генерировать чрезвычайно сильные силовые линии, особенно если силовые линии вынуждены резко изгибаться вокруг заземленного материала. Трансформаторный ввод обеспечивает эффективную изоляцию вокруг токопроводящей клеммы и заземленного бака трансформатора.

Принцип работы трансформатора

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что «Электродвижущая сила вокруг замкнутого пути равна отрицательной скорости изменения во времени магнитного потока, заключенного на пути». трансформатор, когда ток проходит через первичную обмотку, вокруг нее создается магнитное поле. Поскольку ток переменный, а катушки находятся рядом друг с другом, это изменяющееся поле распространяется во вторичную катушку, тем самым вызывая напряжение во вторичной обмотке.Этот процесс известен как взаимная индукция, при котором катушка с проволокой индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной в непосредственной близости от нее. Кроме того, трансформаторы получили свое название от того факта, что они «преобразуют» один уровень напряжения или тока в другой. Трансформаторы могут изменять уровни напряжения и тока источника питания без изменения его частоты или количества электроэнергии, передаваемой от одной обмотки к другой через магнитную цепь. Соотношение количества фактических витков провода в каждой катушке имеет решающее значение при определении типа трансформатора и выходного напряжения.Отношение выходного напряжения к входному напряжению такое же, как количество витков между двумя обмотками. Выходное напряжение трансформатора больше входного, если вторичная обмотка имеет больше витков провода, чем основная обмотка. Этот тип трансформатора известен как «повышающий трансформатор». Напротив, если вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная обмотка, выходное напряжение будет ниже. Это известно как «понижающий трансформатор». Математически это понятие можно объяснить следующим образом:

Предположим, что имеется {N} _ {1} витков в первичной обмотке и {N} _ {1} витков во вторичной обмотке.Переменная ЭДС {E} _ {1} применяется к первичной обмотке, которая создает ток {I} _ {1} в первичной цепи и {I} _ {2} во вторичной цепи. Ток в катушках вызывает намагничивание сердечника и создает соответствующее магнитное поле внутри сердечника. Из-за намагничивания сердечника поле больше по сравнению с полем, создаваемым только током в катушках. Это создает большую ЭДС {E} _ {2} во вторичной обмотке, которая прямо пропорциональна ЭДС в первичной обмотке.Уравнение, представляющее эту связь, имеет вид:

{E} _ {2} = {-} \ frac {{N} _ {2}} {{N} _ {1}} {E} _ {1}

Знак минус указывает, что {E} _ {2} на 180 ° не совпадает по фазе с {E} _ {1}.

Типы трансформаторов

Хотя трансформатор является статическим электрическим компонентом, он стал важным элементом эффективности современных электрических, а также электронных устройств. По этой причине сегодня на рынке доступно несколько разновидностей трансформаторов. Давайте взглянем на несколько типов трансформаторов.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор — один из наиболее распространенных типов трансформаторов, которые можно встретить в повседневной жизни. Силовой трансформатор, который преобразует поступающую электроэнергию в более или менее высокое напряжение для определенной цели, является ключевым компонентом электросети. Эти трансформаторы подключают понижающие и повышающие напряжения в распределительных сетях без каких-либо изменений частоты во время передачи энергии. В электронной системе силовой трансформатор предлагает ряд источников переменного тока с различным напряжением и соответствующими значениями тока от электросети общего пользования.

Трансформатор корпусного типа

Трансформатор оболочечного типа используется в нескольких электрических устройствах повседневного использования, таких как телевидение, радио и т. Д. Этот трансформатор имеет прямоугольную форму и состоит из трех основных компонентов: одного сердечника и двух обмоток. Первичная и вторичная обмотки этого трансформатора намотаны на одну ветвь сердечника, образуя концентрические цилиндры катушек, что отличает его от других трансформаторов. Эта конфигурация предлагает значительное снижение потерь магнитного потока во время работы трансформатора.Трансформаторы такого типа часто имеют ламинат и не содержат масла для изоляции.

Трансформатор с сердечником

Трансформатор с сердечником — это трансформатор, который имеет две обмотки, отдельно намотанные на два или три плеча сердечника. В отличие от трансформатора с оболочкой, между первичной и вторичной обмотками трансформатора с сердечником имеется значительный зазор. Пластины нарезаются на кусочки L-образной формы, и их поочередно укладывают друг на друга, чтобы исключить высокое сопротивление в местах соединения пластин друг с другом.Чтобы ограничить поток утечки, первичная и вторичная обмотки чередуются, при этом половина каждой обмотки расположена рядом или концентрически на плече сердечника. Первичная и вторичная обмотки разделены на концах сердечника для простоты использования. Между сердечником и нижней обмоткой находится изоляционный слой, защищающий трансформатор от короткого замыкания. Для трансформатора с сердечником требуется больше медных проводников, чем для трансформатора с корпусом, поскольку обмотка расположена на отдельных ветвях или ветвях трансформатора с сердечником.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы используются в тех электронных или электрических устройствах, в которых пространство является важным атрибутом. Тороидальные трансформаторы — это силовые трансформаторы с тороидальным сердечником, на который намотаны первичная и вторичная обмотки. Как следует из названия, они выглядят как электрический компонент в форме пончика. Когда ток проходит через первичную катушку, он вызывает электродвижущую силу (ЭДС) во вторичной обмотке, которая передает мощность от первичной катушки к вторичной катушке.Отличительная структура тороидального трансформатора позволяет использовать более короткие катушки, что снижает резистивные потери и потери в обмотке и повышает общий КПД. Тороидальные силовые трансформаторы особенно хорошо подходят для жизненно важного медицинского оборудования и устройств, поскольку исключительная эффективность имеет решающее значение в медицинских системах, требующих низких токов утечки, бесшумной работы и долговременной надежности. Поскольку эти трансформаторы малы и легки, их можно легко интегрировать в медицинские приборы, где габариты и вес являются важными факторами конструкции.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор, в основном используемый в диапазоне низкого напряжения, представляет собой тип трансформатора, который содержит только одну обмотку. Приставка «авто» относится к одиночной катушке, функционирующей независимо (по-гречески «я»), а не к какой-либо механической системе. Автотрансформатор похож на двухобмоточный трансформатор, но первичная и вторичная обмотки соединены по-разному. Автотрансформатор работает по тому же принципу, что и двухобмоточный трансформатор.Он работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что каждый раз, когда магнитное поле и проводники сближаются, в проводниках индуцируется ЭДС. Это трансформатор с некоторыми общими витками между первичной и вторичной обмотками. «Общее сечение» относится к части обмотки, которая используется как первичной, так и вторичной обмотками. «Последовательная секция» относится к части обмотки, которая не используется как первичной, так и вторичной обмоткой.Две клеммы подключены к первичному напряжению. Вторичное напряжение генерируется двумя выводами, один из которых часто используется совместно с выводом первичного напряжения.

Распределительный трансформатор

Распределительный трансформатор, также известный как служебный трансформатор, используется в качестве устройства окончательного преобразования в распределительной сети с основной функцией преобразования высокого напряжения в напряжение, подходящее для конечного использования, то есть 240 В или 440 В. Эти трансформаторы бывают нескольких размеров и могут быть разделены на категории в зависимости от нескольких факторов, включая количество фаз, место установки, класс напряжения, тип изоляции и базовый уровень импульсной изоляции.Обычно они устанавливаются там, где высоковольтная линия на тысячи вольт встречается с опорой электросети, обеспечивающей источник питания 240 В или 440 В для бытового или промышленного использования, соответственно.

Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор — это устройство, которое используется вместе с измерительными приборами для эффективного измерения высокого напряжения, тока, мощности, энергии или коэффициента мощности. Другими словами, измерительные трансформаторы — это понижающие трансформаторы с реле защиты.Они используются для расширения диапазона амперметров или вольтметров переменного тока. Измерительные трансформаторы в основном бывают двух типов: трансформатор тока и трансформатор напряжения (напряжения). Трансформатор тока (CT) — это устройство для измерения тока, которое производит ток низкого уровня во вторичной обмотке, пропорциональный току высокого уровня в первичной обмотке. Поскольку первичная обмотка соединена последовательно с токоведущим проводом, питающим нагрузку, трансформатор тока часто называют «последовательным трансформатором».Напротив, трансформаторы напряжения подключаются параллельно и работают как небольшая нагрузка для контролируемого источника, сохраняя при этом точное соотношение напряжений и фазовое соотношение для обеспечения точных измерений, подключенных к вторичной обмотке.

Однофазный трансформатор

В однофазном трансформаторе задействованы только одна первичная и одна вторичная обмотки, которые преобразуют однофазный вход переменного тока в однофазный выход переменного тока с более высоким или более низким напряжением; однако вход и выход остаются в противофазе.Эти трансформаторы часто используются для питания освещения жилых помещений, розеток, систем кондиционирования и нагревательных элементов. Однофазные трансформаторы можно сделать еще более эффективными, если разделить первичную и вторичную обмотки пополам и соединить их последовательно или параллельно.

Трехфазный трансформатор

Трехфазный трансформатор состоит из трех первичных и трех вторичных обмоток, намотанных на один сердечник. Поскольку трехфазное распределение энергии более эффективно для передачи электричества в отдаленные места, трехфазные трансформаторы используются чаще, чем однофазные трансформаторы.Тем не менее, три однофазных трансформатора можно соединить вместе, чтобы сформировать трехфазный трансформатор. Существует две конфигурации подключения для трехфазного питания: конфигурация треугольником и конфигурация звезды (звезда- «Y»). Три проводника в треугольном соединении соединены встык друг с другом по треугольнику или треугольнику. В звездообразной конфигурации все проводники исходят из центра, что указывает на то, что все они соединены в одном месте. При одинаковом напряжении в трехфазной системе используется меньше проводников, чем в эквивалентных однофазных, двухфазных системах или системах постоянного тока.Три провода цепи в трехфазной системе несут три переменных тока (одинаковой частоты), которые достигают своих мгновенных пиковых значений в разное время.

Импульсный трансформатор

В области электроники импульсный трансформатор часто используется для генерации и передачи высокоскоростных электрических импульсов постоянной амплитуды. Импульсный трансформатор — это устройство, которое преобразует напряжение и ток импульсного сигнала с сохранением исходной формы импульса на выходе.Импульсные трансформаторы подразделяются на два основных типа в зависимости от их применения: силовые импульсные трансформаторы и сигнальные импульсные трансформаторы. Для изменения уровня мощности напряжения из одного диапазона в другой используются силовые импульсные трансформаторы. Основная конструкция этих трансформаторов может быть однофазной или трехфазной или может изменяться в зависимости от соединенной обмотки. Трансформаторы импульсных сигналов используются для передачи данных от одного типа цепи к другому посредством электромагнитной индукции. В результате они обычно используются для увеличения или уменьшения напряжения от одной поверхности силового трансформатора к другой.

Аудио трансформаторы

Звуковой преобразователь — это электромагнитное устройство, которое изолирует входную цепь от выходной цепи, а также фильтрует проходящий через нее сигнал. Он называется звуковым преобразователем, потому что он предназначен для преобразования сигналов, частотный спектр которых находится в слышимом диапазоне, то есть от 20 Гц до 20 кГц. Поскольку аудиопреобразователи работают в диапазоне звуковых сигналов, где имеется много шума от таких вещей, как сетевое питание и инвертирующие источники питания в окружающей среде, они обычно имеют магнитное экранирование для защиты своих цепей от помех.Аудиотрансформаторы доступны как в повышающей, так и в понижающей конфигурациях, но вместо того, чтобы быть настроенными на создание определенного выходного напряжения, они в основном используются для согласования импеданса. Аудиопреобразователи выполняют несколько функций в аудиоустройствах; например, увеличение выходного уровня микрофона, уменьшение выходного уровня инструментов в соответствии с микрофоном и т. д.

Потери в трансформаторе

«Потери» в любом электрическом устройстве можно определить как разницу между входной и выходной мощностью.Теоретически идеальный трансформатор не имеет потерь мощности или энергии; однако трансформатор, будучи статической машиной, имеет некоторые потери энергии. Эти потери можно разделить на следующие категории:

Потери в сердечнике или потери в железе

Потери в стали в основном вызваны переменным магнитным потоком в сердечнике трансформатора. Этот тип потерь в основном определяется магнитными характеристиками материала сердечника трансформатора, и его можно дополнительно классифицировать как:

  • Гистерезисные потери: Инверсия магнетизма в сердечнике трансформатора вызывает гистерезисные потери.{1,6} {ƒV} Вт
    Где {W} _ {h} — потери на гистерезис, η — коэффициент Стейнмеца материала, {B} _ {max} — максимальная плотность магнитного потока, ƒ — функция реверсирования магнитного поля, и V — объем ядра. {2} {RT}

    Где Q — рассеиваемое тепло, I — ток, R — сопротивление, а T — время.

    Основной принцип автотрансформатора

    Трансформатор, в котором часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной цепи, называется автотрансформатором. Следует отметить, что в двухобмоточном трансформаторе первичная и вторичная обмотки гальванически изолированы, но в автотрансформаторе две обмотки электрически не изолированы. Упрощенная схема понижающего автотрансформатора показана на рисунке ниже.

    Как показано на рисунке выше, N 1 и N 2 — это количество витков между обмоткой AB и AC соответственно.Если напряжение V 1 приложено к AB, ток возбуждения начнет течь через всю обмотку. Следовательно, напряжение на виток обмотки AB составляет V 1 / N 1 , и, следовательно, напряжение на CB составляет (V 1 / N 1 ) N 2 .

    Поскольку ток нагрузки равен I 2 , а ток, снимаемый с источника, равен I1, без учета потерь

    Входная мощность = Выходная мощность

    V 1 I 1 CosØ 1 = V 2 I 2 CosØ 2 ………………….(1)

    Если предположить, что падение внутреннего импеданса и потери незначительны, коэффициент мощности для первичной и вторичной обмоток будет почти одинаковым.

    Cos Ø 1 = Cos Ø 2

    Следовательно, из уравнения (1),

    V 1 I 1 = V 2 I 2

    Итак,

    V 2 / V 1 = I 1 / I 2 = N 2 / N 1 = k (скажем)

    В нашем случае понижающего автотрансформатора k <1.

    Опять же, поскольку направление тока нагрузки противоположно току, протекающему в первичной обмотке из-за закона Ленце, следовательно, ток, протекающий в обмотке BC = (I 2 -I 1 )

    ICB = (I 2 — I 1 )

    Теперь первичный MMF = I AC x (N 1 -N 2 )

    = I 1 x (N 1 — N 2 )

    = N 1 I 1 — N 2 I 1

    Но N 1 / N 2 = I 2 / I 1

    Итак, N 1 I 1 = N 2 I 2

    Следовательно,

    Теперь первичный MMF = N 2 I 2 — N 2 I 1

    = (I 2 — I 1 ) xN 2

    = I CB xN 2 = Вторичный MMF

    Таким образом, мы видим, что в Автотрансформаторе действие трансформатора происходит между обмоткой переменного тока и BC.Таким образом, ВА обмотки переменного тока будет передана на обмотку BC действием Трансформатора.

    Следовательно,

    Преобразованный VA = V AB xI AB

    = (V 1 -V 2 ) xI 1 ………………………… (2)

    Теперь, общая потребляемая ВА = В 1 xI 1

    Следовательно,

    Преобразованная ВА / Входная ВА = [(V 1 -V 2 ) xI 1 ] / V 1 I 1

    = 1 — В 2 / В 1

    = 1-к

    Таким образом, мы видим, что из общей входной ВА только часть трансформируется действием трансформатора, а оставшаяся часть передается по проводимости.

    Итак,

    Кондуктивная ВА = Общая потребляемая — преобразованная ВА

    = V 1 I 1 — (V 1 -V 2 ) xI 1 ………………… Из уравнения (1)

    = V 2 I 1

    Итак,

    Кондуктивная ВА / Входная ВА = В 2 I 1 / В 1 I 1

    = V 2 / V 1 = k

    Таким образом, в автотрансформаторе часть входной мощности передается нагрузке за счет действия трансформатора, а оставшаяся часть — за счет проводимости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.