Схема автотрансформатора с регулированием напряжения. 
Автотрансформатор АТДЦТН-125000/330/110А́втотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные электрические напряжения[1].
Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.
Распространены аббревиатуры:
- ЛАТР — Лабораторный АвтоТрансформатор Регулируемый.
- РНО — Регулятор Напряжения Однофазный.
- РНТ — Регулятор Напряжения Трёхфазный.
Принцип работы автотрансформатора
Схема автотрансформатора.Предположим, что источник электрической энергии (сеть переменного тока) подключен к виткам ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} обмотки автотрансформатора, а потребитель — к некоторой части этой обмотки ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
При прохождении переменного тока по обмотке автотрансформатора возникает переменный магнитный поток, индуцирующий в этой обмотке электродвижущую силу, величина которой прямо пропорциональна числу витков обмотки.
Следовательно, если во всей обмотке автотрансформатора, имеющей число витков ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} , индуцируется электродвижущая сила E 1 {\displaystyle E_{1}} , то в части этой обмотки, имеющей число витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} , индуцируется электродвижущая сила E 2 {\displaystyle E_{2}} . Соотношение величин этих ЭДС выглядит так: E 1 E 2 = ω 1 ω 2 = k {\displaystyle {{E_{1}} \over {E_{2}}}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}=k} , где k {\displaystyle k} — коэффициент трансформации.
Так как падение напряжения в активном сопротивлении обмотки автотрансформатора относительно мало, то им практически можно пренебречь и считать справедливыми равенства U 1 = E 1 {\displaystyle U_{1}=E_{1}} и U 2 = E 2 {\displaystyle U_{2}=E_{2}} ,
где U 1 {\displaystyle U_{1}} — напряжение источника электрической энергии, поданное на всю обмотку автотрансформатора, имеющую число витков ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} ;
- U 2 {\displaystyle U_{2}} — напряжение, подаваемое к потребителю электрической энергии, снимаемое с той части обмотки автотрансформатора, которая обладает количеством витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
Следовательно, U 1 U 2 = ω 1 ω 2 = k {\displaystyle {{U_{1}} \over {U_{2}}}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}=k} .
Напряжение U 1 {\displaystyle U_{1}} , приложенное со стороны источника электрической энергии ко всем виткам ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} обмотки автотрансформатора, во столько раз больше напряжения U 2 {\displaystyle U_{2}} , снимаемого с части обмотки, обладающей числом витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} , во сколько раз число витков ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} больше числа витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
Если к автотрансформатору подключен потребитель электрической энергии, то под влиянием напряжения U 2 {\displaystyle U_{2}} в нём возникает электрический ток, действующее значение которого обозначим как I 2 {\displaystyle I_{2}} .
Соответственно в первичной цепи автотрансформатора будет ток, действующее значение которого обозначим как I 1 {\displaystyle I_{1}} .
Однако ток в верхней части обмотки автотрансформатора, имеющей число витков ( ω 1 − ω 2 ) {\displaystyle ({\omega _{1}}-{\omega _{2}})} будет отличаться от тока в нижней её части, имеющей количество витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} . Это объясняется тем, что в верхней части обмотки протекает только ток I 1 {\displaystyle I_{1}} , а в нижней части — некоторый результирующий ток, представляющий собой разность токов I 1 {\displaystyle I_{1}} и I 2 {\displaystyle I_{2}} . Дело в том, что согласно правилу Ленца индуцированное электрическое поле в обмотке автотрансформатора ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} направлено навстречу электрическому полю, созданному в ней источником электрической энергии. Поэтому токи I 1 {\displaystyle I_{1}} и I 2 {\displaystyle I_{2}} в нижней части обмотки автотрансформатора направлены навстречу друг другу, то есть находятся в противофазе.
Сами токи I 1 {\displaystyle I_{1}} и I 2 {\displaystyle I_{2}} , как и в обычном трансформаторе, связаны соотношением I 1 I 2 = ω 2 ω 1 = 1 k {\displaystyle {{I_{1}} \over {I_{2}}}={{\omega _{2}} \over {\omega _{1}}}={1 \over k}}
- или I 2 = ω 1 ω 2 × I 1 {\displaystyle I_{2}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}\times I_{1}} .
Так как в понижающем трансформаторе ω 1 > ω 2 {\displaystyle {\omega _{1}}>{\omega _{2}}} , то I 2 > I 1 {\displaystyle {I_{2}}>{I_{1}}} и результирующий ток в нижней обмотке автотрансформатора равен I 2 − I 1 {\displaystyle {I_{2}}-{I_{1}}} .
Следовательно, в той части обмотки автотрансформатора, с которой подаётся напряжение на потребитель, ток значительно меньше тока в потребителе, то есть I 2 − I 1 ≪ I 2 {\displaystyle {I_{2}}-{I_{1}}\ll {I_{2}}} .
Это позволяет значительно снизить расход энергии в обмотке автотрансформатора на нагрев её проволоки (См. Закон Джоуля — Ленца) и применить провод меньшего сечения, то есть снизить расход цветного металла, уменьшить вес и габариты автотрансформатора.
Если автотрансформатор повышающий, то напряжение со стороны источника электрической энергии подводится к части витков обмотки трансформатора ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} , а на потребитель подводится напряжение со всех его витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
Применение автотрансформаторов
Автотрансформатор для питания телевизоров, СССР, 1960-е — 1970-е гг. Напряжение плавно регулировалось перемещением «ползунка» на верхней панели, контроль по показаниям вольтметра.
Автотрансформатор с регулированием напряжения. Защитный кожух снят. Сзади видна снятая верхняя панель со шкалой, деления показывают, какое напряжение будет подаваться потребителю.
Автотрансформаторы применяются в телефонных аппаратах, радиотехнических устройствах, для питания выпрямителей и т. д. Достаточно широкое применение автотрансформаторы получили в СССР: для ручной стабилизации питающего напряжения ламповый телевизор подключался к сети через ЛАТР и перед включением самого телевизора производилась ручная регулировка напряжения до номинального значения. Причиной этому было то, что в электросетях зачастую регулярно наблюдалось пониженное напряжение, которое могло повредить дорогостоящий телевизионный приёмник. В дальнейшем для этой задачи более эффективно применялись автоматические феррорезонансные стабилизаторы.
Электрификация железных дорог по системе 2×25 кВ
В СССР (и на постсоветском пространстве) часть железных дорог электрифицирована на переменном токе 25 киловольт, частотой 50 Герц. С тяговой подстанции в контактный провод подаётся высокое напряжение[2], обратным проводом служит рельс. Однако, на малонаселённых территориях нет возможности часто располагать тяговые подстанции (к тому же трудно найти квалифицированный персонал для их обслуживания, а также создать для людей должные жилищно-бытовые условия).
Для малонаселённых территорий разработана система электрификации 2×25 кВ (два по двадцать пять киловольт).
На опорах контактной сети (сбоку от железнодорожного полотна и контактного провода) натянут специальный питающий провод, в который подаётся напряжение 50 тыс. вольт от тяговой подстанции. На железнодорожных станциях (или на перегонах) установлены малообслуживаемые понижающие автотрансформаторы, вывод обмотки ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} подключён к питающему проводу, а вывод обмотки ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} — к контактному проводу. Общим (обратным) проводом является рельс. На контактный провод подаётся половинное напряжение от 50 кВ, то есть 25 кВ[3].
Данная система позволяет реже строить тяговые подстанции, а также уменьшаются тепловые потери. Электровозы и электропоезда переменного тока в переделке не нуждаются.
Примечания
- ↑ Большая советская энциклопедия: [в 51 т.] / гл. ред. С. И. Вавилов. — 2-е. — М.: Советская энциклопедия, 1949—1958. — Т. 1. — С. 284.
- ↑ Как правило, подаётся несколько выше 25 киловольт, обычно 27—27,5; с учётом потерь.
- ↑ Как правило, подаётся несколько выше 50 киловольт, обычно 55; с учётом потерь, чтобы на контактном проводе было 27,5 кВ.
Литература
Ссылки
См. также
Схема автотрансформатора с регулированием напряжения. Автотрансформатор АТДЦТН-125000/330/110А́втотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные электрические напряжения[1].
Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.
Распространены аббревиатуры:
- ЛАТР — Лабораторный АвтоТрансформатор Регулируемый.
- РНО — Регулятор Напряжения Однофазный.
- РНТ — Регулятор Напряжения Трёхфазный.
Принцип работы автотрансформатора
Схема автотрансформатора.Предположим, что источник электрической энергии (сеть переменного тока) подключен к виткам ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} обмотки автотрансформатора, а потребитель — к некоторой части этой обмотки ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
При прохождении переменного тока по обмотке автотрансформатора возникает переменный магнитный поток, индуцирующий в этой обмотке электродвижущую силу, величина которой прямо пропорциональна числу витков обмотки.
Следовательно, если во всей обмотке автотрансформатора, имеющей число витков ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} , индуцируется электродвижущая сила E 1 {\displaystyle E_{1}} , то в части этой обмотки, имеющей число витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} , индуцируется электродвижущая сила E 2 {\displaystyle E_{2}} . Соотношение величин этих ЭДС выглядит так: E 1 E 2 = ω 1 ω 2 = k {\displaystyle {{E_{1}} \over {E_{2}}}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}=k} , где k {\displaystyle k} — коэффициент трансформации.
Так как падение напряжения в активном сопротивлении обмотки автотрансформатора относительно мало, то им практически можно пренебречь и считать справедливыми равенства U 1 = E 1 {\displaystyle U_{1}=E_{1}} и U 2 = E 2 {\displaystyle U_{2}=E_{2}} ,
где U 1 {\displaystyle U_{1}} — напряжение источника электрической энергии, поданное на всю обмотку автотрансформатора, имеющую число витков ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} ;
- U 2 {\displaystyle U_{2}} — напряжение, подаваемое к потребителю электрической энергии, снимаемое с той части обмотки автотрансформатора, которая обладает количеством витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
Следовательно, U 1 U 2 = ω 1 ω 2 = k {\displaystyle {{U_{1}} \over {U_{2}}}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}=k} .
Напряжение U 1 {\displaystyle U_{1}} , приложенное со стороны источника электрической энергии ко всем виткам ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} обмотки автотрансформатора, во столько раз больше напряжения U 2 {\displaystyle U_{2}} , снимаемого с части обмотки, обладающей числом витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} , во сколько раз число витков ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} больше числа витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
Если к автотрансформатору подключен потребитель электрической энергии, то под влиянием напряжения U 2 {\displaystyle U_{2}} в нём возникает электрический ток, действующее значение которого обозначим как I 2 {\displaystyle I_{2}} .
Соответственно в первичной цепи автотрансформатора будет ток, действующее значение которого обозначим как I 1 {\displaystyle I_{1}} .
Однако ток в верхней части обмотки автотрансформатора, имеющей число витков ( ω 1 − ω 2 ) {\displaystyle ({\omega _{1}}-{\omega _{2}})} будет отличаться от тока в нижней её части, имеющей количество витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} . Это объясняется тем, что в верхней части обмотки протекает только ток I 1 {\displaystyle I_{1}} , а в нижней части — некоторый результирующий ток, представляющий собой разность токов I 1 {\displaystyle I_{1}} и I 2 {\displaystyle I_{2}} . Дело в том, что согласно правилу Ленца индуцированное электрическое поле в обмотке автотрансформатора ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} направлено навстречу электрическому полю, созданному в ней источником электрической энергии. Поэтому токи I 1 {\displaystyle I_{1}} и I 2 {\displaystyle I_{2}} в нижней части обмотки автотрансформатора направлены навстречу друг другу, то есть находятся в противофазе.
Сами токи I 1 {\displaystyle I_{1}} и I 2 {\displaystyle I_{2}} , как и в обычном трансформаторе, связаны соотношением I 1 I 2 = ω 2 ω 1 = 1 k {\displaystyle {{I_{1}} \over {I_{2}}}={{\omega _{2}} \over {\omega _{1}}}={1 \over k}}
- или I 2 = ω 1 ω 2 × I 1 {\displaystyle I_{2}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}\times I_{1}} .
Так как в понижающем трансформаторе ω 1 > ω 2 {\displaystyle {\omega _{1}}>{\omega _{2}}} , то I 2 > I 1 {\displaystyle {I_{2}}>{I_{1}}} и результирующий ток в нижней обмотке автотрансформатора равен I 2 − I 1 {\displaystyle {I_{2}}-{I_{1}}} .
Следовательно, в той части обмотки автотрансформатора, с которой подаётся напряжение на потребитель, ток значительно меньше тока в потребителе, то есть I 2 − I 1 ≪ I 2 {\displaystyle {I_{2}}-{I_{1}}\ll {I_{2}}} .
Это позволяет значительно снизить расход энергии в обмотке автотрансформатора на нагрев её проволоки (См. Закон Джоуля — Ленца) и применить провод меньшего сечения, то есть снизить расход цветного металла, уменьшить вес и габариты автотрансформатора.
Если автотрансформатор повышающий, то напряжение со стороны источника электрической энергии подводится к части витков обмотки трансформатора ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} , а на потребитель подводится напряжение со всех его витков ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} .
Применение автотрансформаторов
Автотрансформатор для питания телевизоров, СССР, 1960-е — 1970-е гг. Напряжение плавно регулировалось перемещением «ползунка» на верхней панели, контроль по показаниям вольтметра.Автотрансформатор с регулированием напряжения. Защитный кожух снят. Сзади видна снятая верхняя панель со шкалой, деления показывают, какое напряжение будет подаваться потребителю.
Автотрансформаторы применяются в телефонных аппаратах, радиотехнических устройствах, для питания выпрямителей и т. д. Достаточно широкое применение автотрансформаторы получили в СССР: для ручной стабилизации питающего напряжения ламповый телевизор подключался к сети через ЛАТР и перед включением самого телевизора производилась ручная регулировка напряжения до номинального значения. Причиной этому было то, что в электросетях зачастую регулярно наблюдалось пониженное напряжение, которое могло повредить дорогостоящий телевизионный приёмник. В дальнейшем для этой задачи более эффективно применялись автоматические феррорезонансные стабилизаторы.
Электрификация железных дорог по системе 2×25 кВ
В СССР (и на постсоветском пространстве) часть железных дорог электрифицирована на переменном токе 25 киловольт, частотой 50 Герц. С тяговой подстанции в контактный провод подаётся высокое напряжение[2], обратным проводом служит рельс. Однако, на малонаселённых территориях нет возможности часто располагать тяговые подстанции (к тому же трудно найти квалифицированный персонал для их обслуживания, а также создать для людей должные жилищно-бытовые условия).
Для малонаселённых территорий разработана система электрификации 2×25 кВ (два по двадцать пять киловольт).
На опорах контактной сети (сбоку от железнодорожного полотна и контактного провода) натянут специальный питающий провод, в который подаётся напряжение 50 тыс. вольт от тяговой подстанции. На железнодорожных станциях (или на перегонах) установлены малообслуживаемые понижающие автотрансформаторы, вывод обмотки ω 1 {\displaystyle \omega _{1}} подключён к питающему проводу, а вывод обмотки ω 2 {\displaystyle \omega _{2}} — к контактному проводу. Общим (обратным) проводом является рельс. На контактный провод подаётся половинное напряжение от 50 кВ, то есть 25 кВ[3].
Данная система позволяет реже строить тяговые подстанции, а также уменьшаются тепловые потери. Электровозы и электропоезда переменного тока в переделке не нуждаются.
Примечания
- ↑ Большая советская энциклопедия: [в 51 т.] / гл. ред. С. И. Вавилов. — 2-е. — М.: Советская энциклопедия, 1949—1958. — Т. 1. — С. 284.
- ↑ Как правило, подаётся несколько выше 25 киловольт, обычно 27—27,5; с учётом потерь.
- ↑ Как правило, подаётся несколько выше 50 киловольт, обычно 55; с учётом потерь, чтобы на контактном проводе было 27,5 кВ.
Литература
Ссылки
См. также
Электрические потребители нуждаются в трансформации тока до требуемого значения напряжения. Если подобные изменения не определяются в небольшом пределе, можно применять специальный агрегат. Обычный трансформатор имеет в своем составе две катушки. Специальный прибор может иметь всего одну совмещенную обмотку. Это и есть автотрансформатор. Его применяют в том случае, если показатель преобразования не составляет более 1.
В этом случае разница между уровнем тока в первичной и вторичной обмотке будет небольшой. Что такое автотрансформатор, а также основные принципы его работы будет рассмотрено далее.
Принцип устройства
Автотрансформаторы характеризуются определенным устройством и принципом действия. Их первая обмотка является частью второго контура или наоборот. Такие цепи характеризуются электромагнитной и гальванической связью. Повышающий и понижающий агрегат применяются во многих сферах деятельности человека. Причем его характеристики определяются особенностями включения обмоток.
При подключении к катушке переменного тока в сердечнике определяется магнитный поток. В каждом из существующих витков в этот момент будет индуктироваться электродвижущая сила. Причем ее величина будет идентична.
Схема автотрансформатора объясняет принцип работы агрегата. При подсоединении нагрузки вторичный электрический поток будет перемещаться по обмотке. По этому же проводнику в этот момент движется и первичный ток. Оба потока геометрически складываются. Поэтому на обмотку станет подаваться совсем незначительный электрический ток.
Особенности
Схема замещения автотрансформатора позволяет сэкономить на количестве медного проводника. Для такого оборудования необходима проволока меньшего сечения. Это обеспечивает значительную экономию материалов и относительно невысокую стоимость аппарата. Сократить расходы на изготовление представленного оборудования удается благодаря снижению количества стали для изготовления магнитопривода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы значительно отличаются размером сечения сердечника.
Устройство современного автотрансформатора делает оборудование востребованным, если показатель трансформации приближается к 1 или находится в пределах от 1,5 до 2. Если же коэффициент будет больше 3, применение подобного прибора становится неоправданным.
По многим параметрам принцип работы автотрансформатора, его конструкция и детали мало отличаются от обычных двухобмоточных трансформаторов.
Различные режимы работы автотрансформаторов позволяют устранить недостатки бытовой электросети. Это необходимо, например, когда напряжение не дотягивает или, наоборот, немного превышает стандартную норму 220 В. Особенности конструкции автотрансформатора позволяют выполнять настройку с определенным шагом. Электронный автотрансформатор, имеющий в своем составе коммутационную и регулирующую систему выполняет этот процесс автоматически.
Разновидности
На выбор разновидности автотрансформатора влияет его назначение и условия эксплуатации. Чаще всего применяется восемь типов представленных агрегатов:
- ВУ-25-Б. Создан для уравнивания токов вторичной обмотки при использовании схемы дифференциальной защиты силовых трансформаторов.
- АТД. Мощность находится на уровне 25Вт. Имеет устаревший тип конструкции. Он долго насыщается и применяется достаточно редко.
- ЛАТР-1. Принцип действия этого автотрансформатора позволяет применять его при нагрузке 127В.
- ЛАТР-2. Изготавливается для бытовой сети (220В). В ЛАТРе позволяется регулировать напряжение при помощи скользящего по виткам катушки контакта.
- ДАТР-1. Применяется при незначительной нагрузке в специальном оборудовании.
- РНО. Используется в условиях повышенной нагрузки.
- РНТ. Эксплуатируется при наиболее сильных нагрузках в сетях специального назначения.
- АТНЦ. Применяется для телеизмерительных приборов.
Также существует разделение на агрегаты малой мощности (до 1 кВ), средней мощности (больше 1 кВ) и силовые типы.
Однофазные разновидности
Сегодня применяются однофазный и трехфазный автотрансформатор. В первом случае оборудование представлено такой разновидностью, как ЛАТР. Его применяют для низковольтных сетей. При повышенном напряжении требуется понижающая конструкция, например, автотрансформатор типа 220/110 или 220/100. В этом случае вторичная обмотка входит в состав первичного контура. Повышающий тип автотрансформаторов, наоборот, включает первичную обмотку в состав вторичного контура.
В обеих разновидностях устройств регулирование производится посредством скольжения подвижного контакта по обмоточным виткам. ЛАТРы состоят из магнитопривода кольцеобразной формы. Его обмотка включает в себя один слой. Она состоит из изолированного провода из меди.
Однофазные автотрансформаторы имеют несколько ответвлений, которые отходят от обмотки. Именно эти элементы конструкции определяют, будет ли агрегат работать на повышение или понижение напряжения сети. Чтобы получить плавность настройки вторичного напряжения создается небольшая дорожка на поверхности обмотки. Она очищена от слоя изоляции. По этой дорожке перемещается роликовый или щеточный контакт. Регулировка осуществляется в пределах от 0 до 250 В.
Трехфазные разновидности
Наряду с однофазными применяются и трехфазные аппараты. Они отличаются типом обмотки. Существует автотрансформатор трехфазного типа с двумя и тремя контурами.
Чаще всего обмотки в подобных устройствах соединяются в виде звезды. Они имеют выведенную отдельно точку нейтрали. При помощи направления подведения напряжения выполняется понижение или повышение. Этот принцип положен в основу старта работы мощного двигателя, регулирования электрического тока по ступенчатой системе. Трехфазный тип автотрансформаторов применяется для нагревательных элементов печей.
Приборы с тремя обмотками используются в сетях высоковольтного типа. При этом со стороны высшего напряжения агрегат соединяется с нулевым проводом в звезду. Этот тип контакта способен снизить напряжение с учетом особенностей изоляции аппаратуры. Применение подобных приборов способно повысить уровень КПД системы, а также сэкономить затраты на совершение передачи электроэнергии. Однако в этом случае повышается количество токов короткого замыкания.
Наличие гальванической связи между совмещенными контурами не позволяют использовать представленное оборудование в силовых сетях (6-10 кВ), если напряжение понижается до 0,38 кВ. В этом случае трехфазное напряжение 380В подается непосредственно к электрическим потребителям. На таком оборудовании могут работать люди. Во избежание несчастных случаев применяются в подобных условиях другие разновидности агрегатов.
Недостатки
Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:
- Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
- Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
- Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
- Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
- Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.
Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.
Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.
Трансформатор, в общем смысле, предназначается для преобразования входного тока одного напряжения в выходной ток другого напряжения. В случаях, когда возникает необходимость изменить напряжение в небольших пределах, проще и целесообразнее использовать для этих целей однообмоточный трансформатор – так называемый автотрансформатор, вместо двухобмоточного.
Итак, автотрансформатор – это один из вариантов электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, благодаря чему, имеют и электромагнитную и гальваническую связь.
Объединенная обмотка автотрансформатора имеет минимум 3 вывода. Подключаясь к этим выводам, можно получать разные напряжения. При малых коэффициентах трансформации от 1 до 2, автотрансформаторы эффективнее, легче и дешевле, чем многообмоточные трансформаторы.
Главное преимущество автотрансформатора – это высокий коэффициент полезного действия (КПД), который достигает 99%. Это связано с тем, что преобразованию подвергается лишь часть мощности. В условиях, когда входное и выходное напряжение отличаются незначительно – это является существенным плюсом, поскольку потери на преобразовании минимальны.
Главный недостаток автотрансформаторов заключается в том, что здесь нет гальванического обособления первичной и вторичной электрических цепей при помощи изоляции, как в обычном трансформаторе. Т.е. здесь невозможно создание так называемой «гальванической развязки», поэтому при высоких коэффициентах преобразования велика вероятность возникновения короткого замыкания, или возникновения пробоя автотрансформатора.
Применение автотрансформаторов экономически оправдано при соединении эффективно заземленных сетей с напряжением более 110 кВ, а также коэффициентом трансформации менее 3-4, поскольку потери электроэнергии меньше чем у обычного электрического трансформатора. Ещё одним экономическим обоснованием для применения автотрансформатора является тот факт, что для его производства используется меньшее количество меди для обмоток и электротехнической стали для сердечника, поэтому вес и габариты автотрансформатора меньше, а его стоимость ниже.
Автотрансформаторы применяются в качестве преобразователей электрического напряжения в пусковых устройствах различных электродвигателей переменного тока, включая самые мощные, для плавной регулировки напряжения в схемах релейной защиты и др. Регулирующие автотрансформаторы, благодаря возможности механического перемещения точки отвода вторичного напряжения, позволяют сохранить вторичное напряжение постоянным при изменении первичного напряжения. При этом, один и тот же автотрансформатор может быть как повышающим, так и понижающим – все зависит от включения обмоток.
Лабораторные автотрансформаторы регулируемые (ЛАТРы)
В низковольтных сетях также используются автотрансформаторы, как лабораторные регуляторы напряжения небольшой мощности. В таких автотрансформаторах напряжение регулируется путем перемещения скользящего контакта по виткам обмотки.
ЛАТРы изготавливаются путем однослойной обмотки изолированным медным проводом кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода. Такая обмотка имеет несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать ЛАТРы как понижающие или повышающие трансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Дополнительно, на поверхности медной обмотки, очищенной от изоляции, насечена узкая дорожка, по которой может перемещаться роликовый или щеточный контакт. Это сделано для того, чтобы получить плавность регулирования вторичного напряжения в пределах от 0 до 250В. Стоит отметить, что витковых замыканий, при замыкании соседних витков в лабораторном трансформаторе, не происходит, поскольку токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки относительно друг друга и направлены встречно. ЛАТРы изготавливаются номинальной мощностью от 0,5 до 7,5 кВА.
Применение автотрансформаторов помогает улучшить КПД различных энергосистем и обеспечить снижение стоимости передачи энергии, однако, приводит к повышению опасности возникновения короткого замыкания.
Преимущества автотрансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами:
- пониженный расход активных материалов, таких как медь и электротехническая сталь,
- повышенный КПД энергосистемы (до 99,7%)
- сниженные размер и вес
- невысокая стоимость
Недостатки применения автотрансформаторов относительно обычных электрических трансформаторов:
- Снижение эффективности при больших (больше 3-4) коэффициентах трансформации;
- Из-за того, что первичная и вторичная обмотка соединены в одну обмотку автотрансформатора, и имеют электрическую связь, он не может быть использован как понижающий силовой трансформатор для сетей, напряжением, скажем, от 6 до 10 кВ. Это связано с тем, что, в случае возникновения аварии, все части автотрансформатора, и подключенных электроприборов окажутся связаны с высоковольтным оборудованием питающей сети. Это не допускается техникой безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования, с которым работают люди.
Автотрансформаторы успешно конкурируют за потребителя, наряду с двух- и даже трехобмоточными электрическими трансформаторами. Автотрансформаторы относительно не дороги, удобны, могут выполнять функции как повышения, так и понижения, и являются идеальным выбором для сетей с невысоким напряжением и коэффициентом трансформации.
Что такое лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)
Очень часто в среде электриков и электронщиков звучит аббревиатура ЛАТР. Помните, мы как-то с вами рассматривали блок питания и даже делали его сами. Блок питания выдавал нам постоянное напряжение от нуля и до какого-то конечного значения, которое, конечно же, зависело от крутизны блока питания. Согласитесь, очень удобная штука. Но есть один минус – он нам выдает только постоянное напряжение.
Но, раз есть блок питания на постоянное напряжение, то должен быть блок питания и на переменное напряжение. И называется такой блок питания лабораторный автотрансформатор или сокращенно ЛАТР. Что это за вещь и с чем ее едят?
ЛАТР – это тот же трансформатор. Он преобразовывает переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины. Но вся фишка в том, что мы можем менять при необходимости напряжение на выходе ЛАТРа.
Виды ЛАТРов
Однофазные
Такой типа ЛАТРов выдает однофазное переменное регулируемое напряжение. Он очень часто используется радиолюбителями, так как позволяет подобрать любое низковольтное переменное напряжение.
Трехфазные
Такой тип ЛАТРов используется в промышленной электронике. На его вход подается трехфазное напряжение, а на выходе получаем те же самые три фазы, но уже меньшей амплитуды. Этот ЛАТР позволяет изменять амплитуду напряжения всех трех фаз одновременно. Грубо говоря, это три однофазных ЛАТРа, которые находятся в одном корпусе и которые одинаково изменяют напряжение.
Описание работы ЛАТРа РЕСАНТА
Давайте рассмотрим однофазный ЛАТР латвийского производства РЕСАНТА (читается по-русски) марки TDGC2-0.5 kVA.
Сверху наш ЛАТР выглядит вот так:
Мы видим регулятор, с помощью которого можем выставить нужное нам напряжение.
На лицевой стороне видим какое-то подобие вольтметра переменного напряжения. На клеммы слева заводим напряжение из сети 220 В, а с клемм справа – напряжение, которое требуется нам на данный момент.
Как работает ЛАТР на практике
Давайте проведем опыты с лампочкой накаливания в 95 Ватт 220 Вольт. Для этого цепляем ее к выходным клеммам справа.
Интересно, при каком напряжении начнет светится спираль лампочки? Давайте узнаем! Крутим регулятор, пока не заметим слабое свечение лампочки.
Смотрим на шкалу регулятора. 35 Вольт!
А вы знаете, что в США сетевое напряжение 110 Вольт? Интересно, как бы светилась тогда наша лампочка? Выставляем 110 Вольт.
Светится, как говорится, в пол накала.
А теперь сравните, как она светится при 220 В
Дальше повышать напряжение нет смысла. Лампочка может перегореть.
Если хотите выставить напряжение с большой точностью, то конечно же, здесь не обойтись без мультиметра. Для этого ставим крутилку мультиметра на положение измерения переменного напряжения
Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью регулятора ЛАТРа. Ровно 110 Вольт!
Техника безопасности при работе с ЛАТРом
Хочется также добавить пару слов о технике безопасности. Есть ЛАТРы без гальванической развязки. Это означает, что фазный провод из сети идет прямо на выход такого ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванической развязки выглядит вот так:
В этом случае на выходной клемме ЛАТРа может появиться напряжение сети 220 Вольт с вероятностью 50/50. Все зависит от того, как вы воткнете сетевую вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.
Если присмотреться к схемотехническому изображению на самой лицевой панели ЛАТРа Ресанта, то можно увидеть, что клемма “Х” и “х” (те, которые два нижних) связаны между собой проводником.
То есть если на клемме “Х” фаза, то и на клемме “х” тоже будет фаза! Вы ведь не будете каждый раз замерять фазу в розетке, чтобы воткнуть правильно вилку? Поэтому БУДЬТЕ крайне ОСТОРОЖНЫ! Старайтесь не задевать голыми руками выходные клеммы ЛАТРа!
В принципе я задевал и ничего со мной такого не произошло. Дело оказалось в том, что у меня деревянный пол, который почти является диэлектриком. Замерял напряжение между мной и фазой – вышло около 40 Вольт. Поэтому я и не чувствовал эти 40 Вольт. Если бы я взялся одной рукой за батарею или встал бы голыми ногами на землю, а другой рукой взялся бы за выход “х” ЛАТРа, то меня тряхануло бы очень и очень сильно, так как через меня бы прошли все полноценные 220 Вольт.
Разделительный трансформатор и ЛАТР
Есть также более безопасные виды ЛАТРов. В своем составе они имеют развязывающий трансформатор. Схема такого ЛАТРа выглядит примерно вот так:
Как мы видим, фазный провод изолирован от выходных клемм такого ЛАТРа, благодаря трансформатору, принцип работы которого вы можете прочитать в этой статье. В этом случае нас может тряхануть, если мы на выходе ЛАТРа с помощью крутилки выставим высокое напряжение и возьмемся сразу за два выходных провода ЛАТРа. То есть здесь типичная гальваническая развязка.
Заключение
ЛАТР – прибор очень полезный. Я бы посоветовал начинающему электронщику ЛАТР на 500 ВА. Такие ЛАТРы очень компактные и удобные. Работает ЛАТР по принципу трансформатора. Чем меньше витков во вторичной обмотке, тем меньше напряжение на выходе. Когда мы крутим регулятор, мы добавляем витки, а следовательно и напряжение. Думаю, говорить про применение ЛАТРа нет смысла, так как он используется везде, где надо понизить переменное напряжение.
Где купить ЛАТР
ЛАТР выгоднее всего купить либо в ближайшем радиомагазине, либо все-таки заказать в российском интернет-магазине, так как тяжелые товары из Китая обойдутся дороже. Можете присмотреть по этой ссылке.
Автотрансформатор – это устройство, в котором вторичная обмотка является составной частью первичных витков.
Отличить автотрансформатор на схеме от изображения обычного трансформатора очень легко.
Признаком является наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах.
По одну или по обе стороны этой лини схематически изображены обмотки, но в автотрансформаторе все они соединены друг с другом.
Если на схеме витки изображены автономно, то речь идёт об обычном трансформаторе.
схема обмоток автотрансформатора 
схема простого трансформатораНазначение принцип действия автотрансформатора
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.
Основные различия трансформаторов и автотрансформаторов
конструкция автотрансформатораАвтотрансформаторы 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.
Типы автотрансформаторов
На сегодняшний день широко используются следующие типы автотрансформаторов:
- первый тип — ВУ-25-Б, предназначен для уравнивания вторичных токов в схемах дифференциальных защит трансформаторов;
- второй тип – АТД, имеет мощность на уровне 25 ват, долго-насыщающийся, так как имеет устаревшую конструкцию и практически не используется;
- третий тип – ЛАТР-1, предназначен для использования при напряжении на уровне 127В;
- четвертый тип – ЛАТР-2, предназначен для использования при напряжении на уровне 220В;
- пятый тип – ДАТР-1, предназначен для использования при небольшой нагрузке;
- шестой тип – РНО, предназначен для использования при высоких нагрузках;
- седьмой тип – РНТ, предназначен для использования при значительных нагрузках;
- восьмой тип – АТЦН, предназначен для использования в телеизмерительных устройствах.
По уровню мощности автотрансформаторы делятся на устройства:
- невысокой мощности, до 1кВ;
- средней мощности, более 1кВ;
- силовые автотрансформаторы
Автотрансформаторы работают в таких режимах, как:
- трансформаторный;
- автотрансформаторный;
- комбинированный.
При нормальном режиме работы автотрансформатор может работать долгое время без перегревов и неисправностей. Для этого нужно соблюдать все требования по условиям эксплуатации и следить за тем, чтобы верхние слои масла не нагревались до температуры свыше 75°С.
Однофазные автотрансформаторы (ЛАТРы)
Автотрансформаторы нашли свое применение и как лабораторные регуляторы, рассчитанные на небольшую мощность. Регулировка в ЛАТРах осуществляется за счет контакта, «скользящего» по виткам обмотки.
ЛАТРы – однофазные автотрансформаторы, которые состоят из кольцевого магнитопровода со слоем медного провода. В системе имеются постоянные отводы, позволяющие держать коэффициент трансформации на одном уровне, а устройствам работать и на понижение, и на повышение.
Регулировка производится плавно от нуля и до 250 В. Номинальная мощность лабораторных автотрансформаторов составляет от 0,5 до 7,5 кВА. В нашем интернет-магазине вы можете выбрать прибор необходимой вам мощности по цене от производителя и с быстрой доставкой.
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 нагревательных элементов электрических печей.
Рис. 3. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкойТрехфазные 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.
его теоретические основы и инструкция
Авто трансформатор – это специальная разновидность электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотка соединяются вместе. Как видите, автотрансформатор имеет достаточно простую конструкцию и разобраться в ней может каждый.
В этой статье мы расскажем о принципе работы этого устройства. Вы сможете узнать не только теоретические основы, но и практическое применение.
Автотрансформатор и его теоретические основы
В автотрансформаторе вы сможете найти единственную обмотку. Она будет использоваться не только в качестве первичной, но и в качестве вторичной обмотки. Схема автотрансформатора указана на фото ниже:
На этом фото вы сможете увидеть, что обмотка AB считается общим числом оборотов. N1 считается первичной обмоткой. Как видите, на фото эта обмотка будет выходить из точки C. В этом случае участок BC будет рассматриваться в качестве вторичной обмотки. Теперь мы можем предположить, что число витков между точками BC будут составлять N2.
Если напряжение в автотрансформаторе будет проходить через V1, тогда напряжение на отрезке первого витка будет составлять V1/N1. Таким образом на участке BC будет V1/N1*N2=V2, а это означает V2/V1=N2/N1=константа k.
Исходя из этих результатов можно сделать вывод о том, что константа будет являться отношением напряжения в автотрансформаторе. Когда нагрузка будет подаваться на участок между вторичными клеммами, тогда показатель тока составит I2. Показатель во вторичной обмотке будет составлять I1 и I2. Теперь мы рекомендуем вашему вниманию соответствующее видео:
Автотрансформатор и экономия потребления меди
Если вы планируете использовать авто трансформатор, тогда сможете значительно сэкономить потребление меди. Электрический силовой трансформатор может использовать значительно больше меди.
На данный момент практически каждый человек знает, что вес меди будет зависеть от ее сечения и длины. Длина проводника в обмотке будет пропорциональна числу его оборотов и типу сечения. Итак, из этого понятно, что вес меди в сечении, где проходит переменный ток пропорционален I1 и вес меди на участке BC также будет составлять I1.
(N1 — N2) I1 + N2 (I2 — I1) ⇒ N1I1 — N2I1 + N2I2 — N2I1 ⇒ N1I1 + N2I2 — 2N2I1 ⇒ 2N1I1 — 2N2I1 (поскольку N1I1 = N2I2) ⇒ 2 (N1I1 — N2I1).
Благодаря этой формуле можно доказать, что удельный вес меди в двух обмоточном трансформаторе будет пропорциональным N1I1 + N2I2⇒ 2N1I1 (поскольку в трансформаторе N1I1 = N2I2).
Теперь давайте представим, что Wa и WTW будут являться показателями веса меди в авто трансформаторе, а в двух обмоточном трансформаторе они будут означать:
Благодаря этой формуле можно сделать вывод, что экономия потребления меди в автотрансформаторе будет составлять ⇒ WTW — Wa = kWtw.
Однофазный трансформатор 400/220 киловольт
Автотрансорматор этого типа может иметь только одну обмотку. Именно поэтому во время его использования вы можете столкнуться с определенными преимуществами.
Для коэффициента трансформации размер авто трансформатора будет составлять 50%. Этот показатель был взят в сравнении с обычным трансформатором. Если говорить о стоимости, тогда можно сделать вывод о том, что она будет значительно меньше. Показатель стоимости будет низким, когда коэффициент трансформации будет являться не менее двух. Если вам будет интересно, тогда можете прочесть про измерительные трансформаторы.
Недостатки авто трансформатора
Как и любое другое устройство конструкция автотрансформатора может иметь определенные недостатки. К основным недостаткам можно отнести:
- Низковольтная схема в этом устройстве будет зависеть от высокого напряжения. Если вы планируете избежать, сбоя в сети, тогда вам необходимо разработать схему обеспечения низкого напряжения. Благодаря этому ваше устройство сможет выдержать высокие нагрузки.
- Поток рассеивания между обмотками считается небольшим. Это может означать, что, если система будет неисправной, тогда может возникнуть короткое замыкание.
- Соединения между первичной и вторичной обмоткой должны быть одинаковыми. Именно поэтому во время соединения у вас могут возникнуть определенные проблемы.
- Систему невозможно выполнить с заземляющей нетралью с одной стороны. Именно поэтому нейтраль должны иметь оба блока.
- В этой конструкции вам будет сложно сохранить в целостности электромагнитный баланс. Балансирование будет связано с увеличением корпуса этого устройства. Если диапазон будет большим, тогда преимущества первоначальной стоимости значительно растеряются.
Надеемся, что, благодаря нам вы разберетесь с устройством автотрансформатора. Мы постарались предоставить вашему вниманию детальную инструкцию о его применении. Также мы постарались дать полный ответ на вопрос, что такое автотрансформатор.
Читайте также: трансформатор тесла своими руками.
Автотрансформатор — это трансформатор, намотанный только на одну обмотку на многослойном сердечнике. Автотрансформатор похож на двухобмоточный трансформатор, но отличается тем, как первичная и вторичная обмотки взаимосвязаны. Часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной сторон.
В состоянии нагрузки часть тока нагрузки получается непосредственно от источника питания, а оставшаяся часть — от действия трансформатора.Авто трансформатор работает как регулятор напряжения .
Содержание :
Объяснение автотрансформатора с принципиальной схемой
В обычном трансформаторе первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга, но соединены магнитно, как показано на рисунке ниже. В то время как в автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки связаны как магнитно, так и электрически. Фактически, часть единой непрерывной обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки.
Рисунок A: Обычный двухобмоточный трансформатор
Существует два типа автотрансформаторов в зависимости от конструкции. В одном типе трансформатора имеется непрерывная обмотка с отводами, выведенными в удобных точках, определяемых требуемым вторичным напряжением. Однако в другом типе автотрансформатора имеются две или более отдельных катушки, которые электрически соединены для образования непрерывной обмотки. Конструкция автотрансформатора показана на рисунке ниже.
Рисунок B: Авто — Трансформатор
Первичная обмотка AB, из которой берется ответвление в C, так что CB действует как вторичная обмотка. Напряжение питания подается через AB, а нагрузка подключается через CB. Постукивание может быть фиксированным или переменным. Когда переменное напряжение V 1 прикладывается к AB, в сердечнике устанавливается переменный поток, в результате чего в обмотке AB возникает эдс E 1 . Часть этой наведенной ЭДС принимается во вторичной цепи.
лет,
- В 1 — первичное приложенное напряжение
- В 2 — вторичное напряжение на нагрузке
- I 1 — первичный ток
- I 2 — ток нагрузки
- N 1 — число витков между A и B
- N 2 — число витков между C и B
Пренебрегая током холостого хода, сопротивлением утечки и потерями,
В 1 = Е 1 и В 2 = Е 2
Следовательно, коэффициент трансформации:
Поскольку вторичные ампер-витки противоположны первичным ампер-виткам, то ток I 2 находится в противофазе с I 1 .Вторичное напряжение меньше, чем первичное. Следовательно, ток I 2 больше, чем ток I 1 . Следовательно, результирующий ток, протекающий через участок BC, равен (I 2 — I 1 ).
Ампер-витки из-за сечения BC = ток x-витков
Уравнение (1) и (2) показывает, что ампер-витки из-за сечения BC и AC уравновешивают друг друга, что характерно для действия трансформатора.
Экономия меди в автотрансформаторе по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором
Вес меди пропорционален длине и площади поперечного сечения проводника.
Длина проводника пропорциональна числу витков, а поперечное сечение пропорционально произведению тока и числа витков.
Теперь, согласно приведенному выше рисунку (B), показанному для автотрансформатора, вес меди, требуемой для автотрансформатора, составляет
.W a = масса меди в секции AC + масса меди в секции CB
Следовательно,
Если такая же нагрузка выполняется с обычным двухобмоточным трансформатором, показанным выше на рисунке (A), общий вес меди, требуемый в обычном трансформаторе, составляет
W 0 = масса меди на первичной обмотке + масса меди на вторичной обмотке
Следовательно,
Теперь отношение веса меди в автотрансформаторе к массе меди в обычном трансформаторе составляет
Экономия меди зависит от использования автоматического трансформатора = вес меди, требуемой в обычном трансформаторе — вес меди, требуемой в автоматическом трансформаторе
Следовательно,
Экономия меди = K x масса меди, необходимая для двух обмоток трансформатора
Следовательно, экономия в меди увеличивается, когда коэффициент трансформации приближается к единице.Следовательно, автоматический трансформатор используется, когда значение K почти равно единице.
Преимущества Автотрансформатора
- Менее затратный
- Лучшее регулирование
- Низкие потери по сравнению с обычными двухобмоточными трансформаторами одинакового номинала.
Недостатки автотрансформатора
Имеются различные преимущества автоматического трансформатора, но есть и один существенный недостаток, почему автоматический трансформатор не используется широко, — это то, что
- Вторичная обмотка не изолирована от первичной обмотки.
Если для подачи низкого напряжения от высокого напряжения используется автоматический трансформатор, и во вторичной обмотке имеется разрыв, полное вторичное напряжение поступает на вторичную клемму, что опасно для оператора и оборудования. Таким образом, автоматический трансформатор не должен использоваться для соединения систем высокого и низкого напряжения.
- Используется только в ограниченных местах, где требуется небольшое отклонение выходного напряжения от входного напряжения.
Применение Авто трансформатор
- Он используется в качестве стартера для подачи до от 50 до 60% полного напряжения на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором во время запуска.
- Используется для небольшого усиления распределительного кабеля для коррекции падения напряжения.
- также используется в качестве регулятора напряжения
- Используется в системах передачи и распределения электроэнергии, а также в аудиосистемах и на железных дорогах.
Типы, работа, преимущества и применение
Автотрансформатор| Его работа, типы, преимущества, недостатки и применение
Что такое Автотрансформатор:
Автотрансформатор— это особый тип трансформатора, состоящий из одной обмотки. Эта обмотка используется как для первичной, так и для вторичной (высокого и низкого напряжения) сторон. Он широко используется для функции переменного выходного напряжения, низкой стоимости и небольшого размера.
В обычных двухобмоточных трансформаторах имеются две отдельные обмотки для стороны высокого и низкого напряжения.Связь между этими двумя обмотками чисто магнитная (взаимная индукция). Это подразумевает наличие электрической изоляции между обеими обмотками.
С другой стороны, Автотрансформатор использует одну обмотку как первичную и вторичную одновременно. Благодаря этому, вход и выход связаны электрически, а также магнитно через самоиндукцию. Электрическое соединение имеет опасность удаления изоляции между обмотками, но эта одиночная обмотка обеспечивает много преимуществ, которые обсуждаются в этой статье ниже.
Работа автотрансформатора:
Стандартный автотрансформатор, как показано на рисунке ниже, имеет одну обмотку вокруг многослойного сердечника. Эта одиночная обмотка используется как для первичной, так и для вторичной цепи.
Их обмотка состоит как минимум из трех клемм, то есть A, B и C, как показано на рисунке. Клеммы A и B являются фиксированными клеммами, в то время как клемма C является переменной точкой отвода. Питание переменного тока подается на фиксированные клеммы A и B, в то время как нагрузка подключается между переменной точкой ответвления C и B.
Автотрансформатор может иметь несколько точек отвода для обеспечения переменного выходного напряжения. Каждая из этих точек отвода предназначена для обеспечения разного коэффициента поворота трансформатора, следовательно, варьируется выходное напряжение.
На рисунке выше показано несколько точек ответвления, то есть C 1 , C 2 , C 3 . В то время как два других терминала A и B зафиксированы.
Помимо электрической связи между первичной и вторичной обмотками, существует индукция потока энергии.Это происходит из-за того, что переменный ток в обмотке генерирует переменный магнитный поток, который вызывает ЭДС в обмотке, также известную как самоиндукция. Таким образом, выход автотрансформатора представляет собой комбинацию преобразования энергии и электропроводности, поэтому он имеет большую эффективность, чем обычный двухобмоточный трансформатор, но за счет отсутствия электрической изоляции.
Обмотка от точки A до B действует как первичная обмотка, а общая обмотка между C и B действует как вторичная обмотка.Предположим, что число витков в первичной обмотке равно N 1 , а число витков во вторичной обмотке равно N 2 . Таким образом, коэффициент поворота трансформатора определяется как;
Коэффициент поворота, k = N 2 / N 1
Этот коэффициент поворота может изменяться в зависимости от переменной точки отвода, которая может увеличивать или уменьшать число витков во вторичной обмотке N 2 .
Предположим, что трансформатор не имеет потерь, а напряжение, подаваемое на первичную обмотку, равно V 1 , а вторичное напряжение на нагрузке равно V 2 ;
V 2 / V 1 = N 2 / N 1 = k
V 2 = V 1 k
V 2 = V 1 (N 2 / N 1 )
Изменяя точку отвода C в обмотке, мы можем изменить коэффициент поворота k.Это приведет к переменному вторичному напряжению. Таким образом, выходное напряжение автотрансформатора можно изменять, перемещая точку отвода.
Типы автотрансформаторов:
Основанный на увеличении и уменьшении напряжения, автотрансформатор делится на два типа: повышающий трансформатор и понижающий трансформатор. Как и два обмоточных трансформатора, в обеих конфигурациях можно использовать один автотрансформатор.
Step Up Autotransformer
Такой тип выходного напряжения автотрансформатора превышает его входное напряжение и наоборот для его тока.
Для выполнения функции повышения, источник переменного тока подключен к переменной точке ответвления C и B., а нагрузка подключена к клемме A & C, как показано на рисунке ниже.
В такой конфигурации число витков в первичной обмотке N 1 (входная обмотка) между C и B меньше числа витков во вторичной обмотке N 2 .
Таким образом, коэффициент поворота (N 2 / N 1 ) становится больше единицы, что является условием для повышающего трансформатора.
Похожие сообщения:
Понижающий автотрансформатор
В понижающем автотрансформаторе выходное напряжение меньше входного напряжения, а выходной ток больше входного тока.
Чтобы выполнить функцию понижения, соединения возвращаются к конфигурации с повышением. Источник переменного тока подключен к фиксированным клеммам (A и B) автотрансформатора, а нагрузка подключена между клеммами C & B.
Число витков в первичной обмотке N 1 между точкой A & B превышает число витков во вторичной обмотке N 2 .Следовательно, коэффициент поворота становится меньше 1, что является условием понижающего трансформатора.
Экономия меди в автотрансформаторе:
Наиболее заметной особенностью автотрансформатора является его экономия меди по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором.
Вес меди зависит от ее длины и площади поперечного сечения. Однако длина меди в трансформаторе соответствует числу витков, а площадь поперечного сечения соответствует его номинальному току. Таким образом, вес меди в трансформаторе равен;
Масса меди = N x I
Где N — число витков, а I — ток, протекающий через него.
Из-за двух разных токов в обмотке автотрансформатора обмотка разделена на две секции, т.е. AC и CB.
Вес котла для секции AC составляет;
Вт AC ∝ I 1 (N 1 -N 2 )
I 1 — это ток, протекающий через него & (N 1 -N 2 ) — это количество витков между точкой A & C.
Котел весовой для секции СВ;
W CB ∝ (I 2 — I 1 ) N 2
N 2 — это число витков между точками C и B.Однако ток (I 2 — I 1 ) обусловлен тем, что ток нагрузки I 2 по фазе противоположен току I 1 . Поскольку известно, что выходное напряжение уменьшается из-за меньших вторичных витков, выходной ток I 2 превышает первичный ток I 1 . Таким образом, результаты обоих текущих становятся (I 2 — I 1 ).
Теперь общая масса меди обмотки автотрансформатора Вт составляет ;
W a ∝ (W AB + W BC )
W a ∝ I 1 (N 1 — N 2 ) + (I 2 ) — I 1 ) N 2
W a ∝ I 1 N 1 — I 1 N 2 + I 2 N 2 — I 1 N 2
W a ∝ I 1 N 1 + I 2 N 2 — 2 I 1 N 2
Теперь давайте найдем вес меди обычный двухобмоточный трансформатор;
Масса меди первичной обмотки;
W p ∝ I 1 N 1
Вес меди вторичной обмотки;
Вт с ∝ I 2 N 2
Общий вес меди в двухобмоточном трансформаторе;
Вт tw ∝ Вт p + W с
Вт tw ∝ I 1 N 1 + I 2 N 2
Теперь медь весовое отношение автотрансформатора к двухобмоточному трансформатору;
Деление на I 1 N 1
Теперь разница в весе меди в автоматическом и двухобмоточном трансформаторе составляет;
Таким образом, экономия меди в автотрансформаторе зависит от коэффициента его поворота.Поскольку коэффициент поворота автотрансформатора остается меньше единицы, экономия меди увеличивается, когда коэффициент поворота достигает единицы.
Процентная экономия меди
Процентную экономию меди в автотрансформаторе можно легко определить, взяв соотношение стороны низкого напряжения и стороны высокого напряжения. Например,
Процент экономии меди = V L / V H x 100%
Поскольку напряжение соответствует виткам в обмотке, поэтому процент экономии меди также можно рассчитать как;
Процент экономии меди = N L / N H x 100%
Где
N L = число витков на стороне низкого напряжения
N H = Число витков высокого напряжения сторона
Преимущества автотрансформатора:
- Наиболее заметной особенностью автотрансформатора является то, что он экономит медь.Количество меди, используемой в автотрансформаторе, меньше, чем у двухобмоточного трансформатора с одинаковыми характеристиками. Таким образом, уменьшает капитал , необходимый для его строительства.
- Одна обмотка, используемая в автотрансформаторе, значительно уменьшает его размеры и вес.
- Имея небольшой размер и вес автотрансформатора, он позволяет ему иметь более высокое значение ВА, чем обычный двухобмоточный трансформатор для того же количества материала.
- Регулирование напряжения намного лучше, чем у двухобмоточного трансформатора, благодаря исключению потерь во второй обмотке.
- Из-за электрической проводимости, магнитной индукции и снижения потерь из-за второй обмотки КПД автотрансформатора выше, чем у двухобмоточного трансформатора.
Похожие сообщения: Уравнение ЭДС трансформатора
Недостатки автоматического трансформатора:
- Отсутствует электрическая изоляция между обмотками. Таким образом, заземление первичной цепи автотрансформатора не исключает риск поражения электрическим током, поскольку обе обмотки электрически связаны.Цепь все еще завершится через землю.
- Из-за электрической изоляции между обмоткой два обмоточных трансформатора блокируют передачу гармоник между нагрузкой и питанием, в то время как автотрансформатор фактически не может.
- Из-за низкого потока рассеяния между первичным и вторичным импедансом автотрансформатора является низким. Таким образом, это может привести к большим токам повреждения во вторичной обмотке.
Related Post: Техническое обслуживание трансформатора — силовые трансформаторы Техническое обслуживание, диагностика и мониторинг
Применение автотрансформатора:
- Они используются для компенсации падения напряжения в распределительных трансформаторах.
- Для запуска асинхронных и синхронных двигателей используется несколько методов. Одним из методов является использование автотрансформатора.
- В лабораториях используется переменный автотрансформатор, также известный как Variac , который имеет постоянное переменное выходное напряжение.
- Обрыв общей обмотки автотрансформатора приведет к полному входному напряжению на нагрузке.
Похожие сообщения:
. Переменный автотрансформатор
Автотрансформатор (иногда называемый с автоматическим понижающим трансформатором ) [1] представляет собой трансформатор, имеющий только одну обмотку. Префикс «auto» (по-гречески «self») относится к одиночной катушке, действующей на себя, а не к какому-либо автоматическому механизму. Обмотка действует как первичная и вторичная обмотки в обычном трансформаторе.Поскольку часть обмотки выполняет «двойную нагрузку», автотрансформаторы имеют преимущества: они меньше, легче, [2] и дешевле, чем обычные трансформаторы с двойной обмоткой. К недостаткам автотрансформатора можно отнести отсутствие электрической изоляции между первичной обмоткой и вторичной обмоткой. [3] Существует также более высокая вероятность коротких замыканий из-за низкого импеданса. [3]
Автотрансформаторыиспользуются в передаче электроэнергии, распределении электроэнергии, аудио, железнодорожном транспорте и т. Д.Автотрансформаторы часто используются для повышения (уменьшения) или понижения (уменьшения) напряжений в диапазоне 110–120 В и в диапазоне 220–240 В.
- ↑ Пол Хоровиц и Уинфилд Хилл, Искусство электроники, второе издание , издательство Кембриджского университета, Кембридж, 1989, ISBN 0-521-37095-7, стр. 58
- ↑ Джон Уиндерс, Силовые трансформаторы: принципы и применение (Нью-Йорк; Базель: Marcel Dekker, Inc., 2002), с. 132
- ↑ 3,0 3.1 Смараджит Гош, Электрические машины , второе издание (Дели: Пирсон, 2012), с. 101
Что такое автотрансформатор?
Автотрансформатор — это электрический трансформатор, содержащий только отдельные обмотки, а не отдельные первичные и вторичные обмотки. Одна обмотка позволяет выполнять ту же функцию, что и обычный трансформатор. В автотрансформаторах каждая противоположная сторона катушки действует как первичная сторона или вторичная сторона, в зависимости от того, какая сторона катушки подключена к нагрузке по сравнению с источником питания.Между катушкой между двумя противоположными сторонами выполнены по меньшей мере три соединения, которые потребляют напряжение, создаваемое автотрансформатором, для того, чтобы трансформатор функционировал так, как предполагалось.
работникОсновная функция трансформатора заключается в преобразовании величины напряжения, направляемого в цепь, путем присоединения соединения от источника питания к нагрузке в определенной точке в обмотке трансформатора.В связи с тем, что количество обмоток или витков в катушке трансформатора определяет величину напряжения, которое высвобождается в любой точке обмотки, соединения можно контролировать на предмет выходного напряжения до того, как соединение будет выполнено. Например, если напряжение, подаваемое на автотрансформатор, составляет 100 В, то на полпути или в центре катушки трансформатора выходное напряжение будет 50 В. Выходное напряжение автотрансформатора напрямую зависит от точки, в которой подключение к цепи осуществляется в катушке трансформатора.
Это не означает, что все автотрансформаторы имеют все те же возможности, что и обычный трансформатор. Существуют ограничения, которые сопровождают автотрансформаторы, которые не ограничивают обычные трансформаторы. Например, изоляция, которую обеспечивает обычный трансформатор между отдельными обмотками, недоступна при использовании автотрансформаторов.В результате возможен выход из строя изоляции обмотки, который создает единое напряжение на всей обмотке, делая входное напряжение таким же, как выходное напряжение на всей обмотке.
Если обмотка внутри автотрансформатора находится в соотношении, которое допускает выходное напряжение на конце обмотки, общее выходное напряжение на конце обмотки может привести к выходному напряжению, превышающему входное напряжение, подаваемое на автотрансформаторы.Это важная переменная, о которой следует помнить при создании источника питания для нескольких цепей с использованием автотрансформаторов. Подключение цепи к концу обмотки, которая не может выдержать величину напряжения на конце обмотки, может привести к повреждению цепи.
,