Автотрансформатор принцип работы
Устройство, схема и принцип действия автотрансформаторов
Для корректировки и изменения показателей напряжения в пределах маленьких значений используются автотрансформаторы. Устройство и принцип действия этих приборов основан 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:
- С — для собственных нужд отдельных электрических станций.
- П — для электролиний с постоянным током.
- М — для металлургических предприятий.
- ПН — для подключения электронасосов погружного типа.
- Б — для буровых установок и бетоногрейных установок.
- Э — для экскаваторов с электрооборудованием.
- ТО — для организации временного освещения или тепловой обработки грунта или бетона.
Автотрансформаторы: особенности конструкции, принцип действия
Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, они наматываются на одном стержне, мощность передается между обмотками комбинированным способом — путем электромагнитной индукции и электрического соединения.. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.
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.
Источники:
Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
Регулируемый автотрансформатор
Устройство регулируемых автотрансформаторов
В первую очередь давайте вспомним, что из себя представляет стандартный автотрансформатор и как он устроен — обязательно читайте по ссылке нашу подробную статью об этом.
Из неё вы, в частности, узнаете, что автотрансформатор имеет одну общую обмотку
При этом отводов от основной обмотки может быть несколько, все они с определенным шагом изменяют входящее напряжение, какие-то повышают, а какие-то понижают. Схема стандартного автотрансформатора представлена ниже:
В нашем примере, у автотрансформатора имеется два дополнительных отвода от обмотки а2 и а3, с коэффициентами трансформации k1 = 1,125 и k2 = 0,9.
Таким образом, если мы подаём на первичную обмотку переменный ток напряжением 220В, на первом отводе получаем 220/0,9 = 244,4 В, а на втором 220/1,125 = 195,55 В. (Входящее напряжение именно делится на коэффициент трансформации, для получения величины выходного напряжения у автотрансформатора, т.к. формула для определения коэффициента следующая: k=U1/U2, где k – коэффициент трансформации, U1 – входящее напряжение, U2 – получаемое напряжение на отпайках.)
Чаще всего, автотрансформаторы имеют по несколько дополнительных отпаек, которые и формируют вторичные обмотки, несколько ступеней регулирования входящего напряжения и, соответственно, остальных параметров электрического тока.
Главным недостатком такой конструкции автотрансформатора является то, что изменять входящее напряжение можно лишь кратно коэффициентам трансформации существующих отводов от обмотки, а сделать много сложно и не практично, поэтому напряжение может регулироваться лишь ступенчато, с определенным шагом.
Здесь нам и приходит на помощь регулируемый автотрансформатор, он устроен так, что позволяет плавно и достаточно точно изменять входящее напряжение, получая на выходе требуемые величины.
На изображении ниже вы можете видеть устройство стандартного регулируемого автотрансформатора:
Регулируемый автотрансформатор, как и обычный, представляет собой магнитный сердечник с обмоткой из медной проволоки, к которой в точках А1 и Х подключается входящий переменный электрический ток, например, стандартной бытовой электросети 220В.
На этом сходство с обычным автотрансформатором заканчивается, ведь вместо нескольких отводов с разным коэффициентом трансформации, здесь есть всего один контакт, подключенный к подвижному механизму, который может перемещаться по обмотке.
При этом, с части обмотки снят изоляционный слой, в этом месте с ней и контактирует угольная щетка или ролик этого механизма, таким образом создаётся электрическая связь с требуемой частью обмотки.
Принцип действия регулируемого автотрансформатора
Как вы, наверное, уже догадались, нагрузка, какой-нибудь электроприбор, подключается к выводу от этого подвижного контакта а2 и к общей точке обмотки Х. Получается, что, перемещая ролик, мы изменяем количество витков вторичной обмотки автотрансформатора, и таким образом имеем возможность плавно регулировать получаемое на выходе напряжение.
Регулируемый автотрансформатор позволяет как повысить электрические показатели в определенных пределах, в частности напряжение, так и понизить их.
Регулируемый автотрансформатор на схеме
На электрических схемах, регулируемый автотрансформатор чаще всего изображается следующим образом:
— В виде прямой черты показан магнитопровод — сердечник, волнистая линия сбоку от него это общая обмотка
— Показаны стационарные отводы для подключения входящего источника питания — точки А1 и Х
— Стрелкой обозначен перемещаемый, подвижный контакт, формирующий вторичную обмотку, в зависимости от своего местоположения — точки а2 и Х
Виды регулируемых автотрансформаторов
Регулируемые автотрансформаторы бывают:
— однофазными и трехфазными.
Конструктивно трехфазный регулируемый автотрансформатор представляет собой три однофазных в одном корпусе.
По типу привода, который перемещает подвижный контакт по обмотке, они делятся на модели:
— с механической — ручной и автоматической — с помощью сервопривода, регулировкой выходного напряжения.
Здесь все просто, в автоматических автотрансформаторах положение подвижного контакта изменяет электромотор – сервопривод. Часто такое решение применяется при устройстве стабилизаторов напряжения
В механических регулируемых автотрансформаторах, перемещение подвижного контакта по обмотке осуществляется вручную, ярким представителем такой конструкции является ЛАТР – Лабораторный Автотрансформатор Регулируемый.
Наибольшее распространение ЛАТР, как вы, наверное, уже догадались из названия, получили в различной лабораторной деятельности, при проверке, ремонте, модификации электрооборудования, приборов и их элементов.
Нередко именно ЛАТР устанавливают в приборах, где есть нагревательные элементы, например, ТЭНы, изменяя с помощью ЛАТР параметры электрического тока, питающего их, можно регулировать температуру нагрева.
Главное отличие регулируемого автотрансформатора, от нерегулируемого – механизм передвижения контакта, является как основным преимуществом – позволяя плавно регулировать параметры электрического тока, так и главным недостатком. Как и любой другой подвижный элемент, он требует периодического обслуживания и может сломаться, угольная щетка или ролик может стереться и электрический контакт ослабнет или совсем пропадёт.
Но, несмотря на это, в настоящее время, регулируемые трансформаторы довольно широко распространены, и вы обязательно их встретите в недорогих, но достаточно надежных стабилизаторах напряжениях, в мастерских и различных лабораториях.
А если в статье вы не нашли ответов на свои вопросы о регулируемых автотрансформаторах – не стесняйтесь, пишите в комментариях, я обязательно постараюсь оперативно вам ответить. Кроме того, как обычно приветствуются любые мнения, дополнения, здоровая критика, всё то, что поможет сделать материал более информативным и полезным всем.
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:
С — для собственных нужд отдельных электрических станций.- П — для электролиний с постоянным током.
- М — для металлургических предприятий.
- ПН — для подключения электронасосов погружного типа.
- Б — для буровых установок и бетоногрейных установок.
- Э — для экскаваторов с электрооборудованием.
- ТО — для организации временного освещения или тепловой обработки грунта или бетона.
С — для собственных нужд отдельных электрических станций.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.
Типы агрегатов
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.
Схема автотрансформатора однофазного типа 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.
Для плавной регулировки напряжения переменного тока в различных работах, связанных с электротехникой, служат автотрансформаторы (ЛАТР). Их чаще всего используют для изменения напряжения в бытовых приборах, строительстве.
Автотрансформатор – это один из видов трансформаторов. Две обмотки в этом приборе имеют между собой прямое соединение. Вследствие этого между ними появляются два вида связи, одна из которых электромагнитная, а другая электрическая. Катушка имеет несколько выводов с разными значениями выхода напряжения. Отличие от обычного трансформатора состоит в повышенной эффективности, вследствие частичного изменения мощности.
Конструктивные особенности
Трансформаторами называют электроаппаратуру с наличием более 2-х и более обмоток, которые имеют индуктивную связь, служащую для изменения электроэнергии по напряжению.
Обмотка может быть одна только у автотрансформатора, либо несколько обмоток, охваченных магнитным потоком, намотанных на сердечник с ферромагнитными свойствами, у других трансформаторов.
Сегодня приобрели популярность 1-фазные трансформаторы (ЛАТР). Это лабораторный вариант трансформатора, в котором обе обмотки между собой не изолированы, а имеют прямое соединение, поэтому кроме электромагнитной связи у них имеется электрическая связь. Такая общая катушка оснащена несколькими выводами. На их выходе можно получить разное по величине напряжение.
Принцип работы
Благодаря особенности конструкции автотрансформаторы могут выдавать как пониженное напряжение, так и повышенное. На рисунке показаны схемы автотрансформаторов с понижением и повышением напряжения.
Если подключить источник переменного тока к Х и «а», то создается магнитный поток. В этот момент в витках катушки индуцируется разность потенциалов одинакового значения. В итоге, между Х и «а» появляется ЭДС, равная значению ЭДС 1-го витка, умноженного на число витков обмотки, находящихся в промежутке между этими точками.
При подключении нагрузки потребителя к катушке к клеммам Х и «а», ток вторичной катушки пойдет по участку обмотки между этими точками. Имея ввиду то, что первичный и вторичный токи между собой накладываются друг на друга, между Х и «а» будет проходить незначительный ток.
Из-за такой особенности работы автотрансформатора основную часть обмотки выполняют из провода малого поперечного сечения, что уменьшает его стоимость. Если необходимо изменить напряжение в небольших пределах, то целесообразно применять такие автотрансформаторы (ЛАТР).
Типы автотрансформаторов
Нашли применение несколько типов автотрансформаторов:
- ВУ–25 — Б, служит для сглаживания вторичных токов в защитных схемах трансформаторов.
- АТД — мощность 25 ватт, долгонасыщаемый, имеет старую конструкцию и мало используется.
- ЛАТР — 1, служит для применения с напряжением 127 вольт.
- ЛАТР — 2, применяется с напряжением 220 вольт.
- ДАТР — 1, служит для слабых потребителей.
- РНО – для мощной нагруженности.
- АТЦН применяется в измерительных телеустройствах.
Автотрансформаторы также подразделяют по мощности:
- Малой мощности, до 1000 вольт;
- Средней мощности, свыше 1000 вольт;
- Силовые.
Лабораторные автотрансформаторы
Такой вариант исполнения используют в сетях низкого напряжения для регулировки напряжения в условиях лабораторий. Такие однофазные ЛАТР выполнены из ферромагнитного сердечника в виде кольца, на которое намотан один слой медного провода в изоляции.
В нескольких местах обмотки сделаны выводы в виде ответвлений. Это дает возможность применять такие устройства в качестве автотрансформаторов с возможностью повышения, либо понижения напряжения с неизменным коэффициентом трансформации. Сверху на обмотке выполнена узкая дорожка, на которой очищена изоляция. По ней двигается роликовый или щеточный контакт, позволяющий плавно изменять вторичное напряжение.
Витковых коротких замыканий в таких лабораторных автотрансформаторах не случается, так как ток нагрузки и сети в обмотке направлены навстречу друг другу и близки по значению. Мощности ЛАТР выполняют от 0,5 до 7,5 кВА.
Трехфазные трансформаторы
Кроме других вариантов исполнений существуют еще и трехфазные варианты автотрансформаторов. У них бывает, как три, так и две обмотки.
Фазы в них чаще всего соединяют в виде звезды с отдельной точкой нейтрали. Соединение звездой дает возможность понизить напряжение, рассчитанное для изоляции прибора. Для уменьшения напряжения питание подводят к клеммам А, В, С, а выход получают на клеммах а, b, с. Для повышения напряжения все делается наоборот. Такие трансформаторы используют для уменьшения уровня напряжения при запуске мощных электромоторов, а также для регулировки напряжения по ступеням в электрических печах.
Высоковольтные автотрансформаторы применяют в высоковольтных системах сетей. Использование автотрансформаторов оптимизирует эффективность энергетических систем, дает возможность уменьшить стоимость транспортировки энергии, однако при этом способствует повышению токов коротких замыканий.
Режимы работы
- Автотрансформаторный.
- Комбинированный.
- Трансформаторный.
При соблюдении требований эксплуатации автотрансформаторов, в том числе соблюдения контроля температуры масла, он может функционировать длительное время без перегрева и поломок.
Достоинства и недостатки
Можно выделить такие преимущества:
- Преимуществом можно назвать высокий КПД, потому что преобразуется лишь малая часть мощности трансформатора, а это имеет значение, когда напряжения выхода и входа отличаются на малую величину.
- Уменьшенный расход меди в катушках, а также стали сердечника.
- Уменьшенные размеры и вес автотрансформатора позволяют создать хорошие условия перевозки к месту монтажа. Если необходима большая мощность трансформатора, то его можно изготовить в пределах допустимых ограничений габаритов и массы для перевозки на транспорте.
- Низкая стоимость.
- Плавность съема напряжения с подвижного токосъемного контакта, подключенного к обмотке.
Недостатки автотрансформаторов:
- Чаще всего катушки подключают звездой с нейтралью, которая заземлена. Соединения по другим схемам также возможны, но при их выполнении возникают неудобства, вследствие чего используются редко. Производить заземление нейтрали необходимо через сопротивление, либо глухим методом. Но нельзя забывать, что сопротивление заземления не должно допускать превышения разности потенциалов на фазах в тот момент, когда какая-либо одна фаза замкнула накоротко на землю.
- Повышенный потенциал перенапряжений во время грозы на входе автотрансформатора делает необходимым монтаж разрядников, которые не отключаются при выключении линии.
- Электрические цепи не изолированы друг от друга (первичная и вторичная).
- Зависимость низкого напряжения от высокого, вследствие чего сбои и скачки высокого напряжения оказывают влияние на стабильность низкого напряжения.
- Низкий поток рассеивания между первичной и вторичной обмоткой.
- Изоляцию обеих обмоток приходится выполнять для высокого напряжения, так как присутствует электрическая связь обмоток.
- Нельзя применять автотрансформаторы на 6-10 киловольт в качестве силовых с уменьшением напряжения до 380 вольт, потому что к такому оборудованию имеют доступ люди, а вследствие аварии напряжение с первичной обмотки может попасть на вторичную.
Применение
Автотрансформаторы имеют широкую область использования в разных сферах деятельности человека:
- В устройствах малой мощности для настройки, питания и проверки промышленного и бытового электрооборудования, приборов автоматического управления, в лабораторных условиях на стендах (ЛАТРы), в устройствах и приборах связи и т.д.
- Силовые варианты исполнений 3-фазных автотрансформаторов применяют для снижения тока запуска электродвигателей.
- В энергетике мощные образцы автотрансформаторов применяют для осуществления связи сетей высокого напряжения с близкими по напряжению сетями. Коэффициент трансформации в таких устройствах обычно не превосходит 2 – 2,5. Чтобы изменять напряжение в еще больших размерах, требуются другие устройства, а применение автотрансформаторов становится нецелесообразным.
- Металлургия.
- Коммунальное хозяйство.
- Производство техники.
- Нефтяное и химическое производство.
- Учебные заведения применяют ЛАТРы для показа опытов на уроках физики и химии.
- Стабилизаторы напряжения.
- Вспомогательное оборудование к станкам и самописцам.
Как выбрать автотрансформатор
Для начала определите, где будет использоваться автотрансформатор. Если для испытаний силового оборудования на предприятии, то необходима одна модель, а для питания автомагнитолы во время ремонта, то совсем иная.
При выборе лучше следовать некоторым советам:
- Мощность. Необходимо рассчитать нагрузку всех потребителей. Их общая мощность не должна быть больше мощности автотрансформатора.
- Интервал регулировки. Этот параметр зависит от действия прибора, то есть, на повышение или на понижение. Чаще всего приборы относятся к виду с понижением напряжения.
- Напряжение питания. Если вы хотите подключить автотрансформатор к домашней сети, то лучше приобрести прибор на 220 вольт, а если для 3-фазной сети, то на 380 вольт.
С таким прибором вы можете изменить значения напряжения сети и выставить те значения, которые нужны для конкретного вида нагрузки.
Похожие темы:
как сделать, схемы, пошаговая инструкция
Кроме обычных трансформаторов, в которых несколько обмоток, есть автотрансформаторы, в которых всего одна катушка. При необходимости можно произвести сборку автотрансформатора своими руками.
Принцип действия
Основной принцип действия автотрансформатора аналогичен обычному аппарату:
- ток, протекающий по первичной обмотке, создает магнитное поле и магнитный поток в магнитопроводе;
- величина этого поля зависит от силы тока и от числа витков;
- изменения магнитного потока наводят ЭДС во вторичной обмотке;
- величина наведенной ЭДС зависит от числа витков во вторичной обмотке.
Особенность автотрансформатора в том, что часть витков первичной обмотки является также вторичной. В связи с тем, что ЭДС в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, ток в общей части катушки I¹² равен разнице I¹ и I². При равенстве входного и выходного напряжения или Ктр=1 I¹² определяется индуктивным сопротивлением катушки.
Основные плюсы и минусы
В связи с особенностями конструкции автотрансформатор обладает преимуществами и недостатками по сравнению с обычными устройствами.
Достоинства автотрансформатора, проявляющиеся при Ктр0,5-2:
- меньший вес и габариты;
- более высокий КПД, связанный с пониженными потерями в обмотках и магнитопроводе.
Кроме достоинств, эти устройства имеют недостатки:
- Повышенный ток КЗ. Это связано с тем, что ток нагрузки ограничен не насыщением магнитопровода, а сопротивлением нескольких витков вторичной обмотки.
- Электрическая связь между первичной и вторичной обмотками. Это делает невозможным применение этих аппаратов в качестве разделительных и для питания низковольтных устройств в опасных условиях, требующих низкого напряжения согласно ПУЭ.
Мощность автотрансформатора
Мощность любого электроаппарата равна произведению тока на напряжение Р=I*A. В обычном трансформаторе она равна мощности нагрузки с учетом КПД.
Мощность автотрансформатора рассчитывается немного иначе. В повышающем напряжение аппарате она складывается из мощности первичной обмотки части Р¹²=I¹²*U¹² и мощности повышающей обмотки Р²=I²*U⅔. В связи с тем, что ток, протекающий через первичную катушку меньше, чем ток нагрузки, то мощность автотрансформатора меньше мощности нагрузки. Фактически, мощность аппарата определяется разностью первичного и вторичного напряжений и током вторичной обмотки P=(U¹-U²)*I².
Особенно это заметно при небольших (10-20%) отклонениях выходного напряжения. Аналогичным образом рассчитывается понижающий автотрансформатор.
Информация! Это позволяет уменьшить сечение магнитопровода и диаметр провода обмотки. В связи с этим автотрансформатор легче и дешевле обычного устройства.
Что такое ЛАТР
Кроме силовых аппаратов, заменяющих обычные трансформаторы, в школах, институтах и лабораториях используются ЛАТРы – Лабораторные АвтоТРанформаторы. Эти устройства используются для плавного изменения напряжения на выходе аппарата. Самые распространенные конструкции представляют из себя катушку, намотанную на тороидальном магнитопроводе. С одной из сторон провод очищен от лака и по нему при помощи поворотного механизма двигается графитный ролик.
Питающее напряжение подаётся на концы катушки, а вторичное снимается с одного из концов и графитного ролика. Поэтому ЛАТР не может поднимать напряжение выше сетевого, в некоторых модификациях выше 250В.
Кроме катушечных, есть электронные ЛАТРы. Фактически, это не автотрансформатор, а регулятор напряжения. Есть разные виды таких устройств:
- Тиристорный регулятор. В этих аппаратах в качестве силового элемента установлены тиристор и диодный мост или симистор. Недостаток в отсутствии синусоидальной формы выходного напряжения. Самый известный прибор такого типа – диммер ламп освещения.
- Транзисторный регулятор. Дороже тиристорного, требует установки транзисторов на радиаторы. Обеспечивает синусоидальную форму выходного напряжения.
- ШИМ-контроллер.
Совет! Для того, чтобы получить напряжение выше сетевого, ЛАТР подключается ко вторичной обмотке повышающего трансформатора.
Область применения
Особенности автотрансформатора позволяют применять его в быту и разных областях промышленности.
Металлургическое производство
Регулируемые автотрансформаторы в металлургии применяются для проверки и настройки защитной аппаратуры прокатных станов и трансформаторных подстанций.
Коммунальное хозяйство
До появления автоматических стабилизаторов эти аппараты применялись для обеспечения нормальной работы телевизоров и другой аппаратуры. Они представляли из себя обмотку с большим числом отводов и переключателем. Он переключал вывода катушки, а выходное напряжение контролировалось при помощи вольтметра.
В настоящее время автотрансформаторы используются в релейных стабилизаторах напряжения.
Справка! В трехфазных стабилизаторах установлены три однофазных автотрансформатора, и регулировка производится в каждой фазе по-отдельности.
Химическая и нефтяная промышленность
В химической и нефтяной промышленности эти аппараты применяются для стабилизации и регулировки химических реакций.
Производство техники
В машиностроении такие аппараты используются для пуска электродвигателей станков и управления скоростью вращения дополнительных приводов.
Учебные заведения
В школах, техникумах и институтах ЛАТРы применяются при выполнении лабораторных работ и демонстрации законов электротехники, и опытах по электролизу.
Изготовление самодельного ЛАТРа
В продаже есть достаточно готовых устройств, но при необходимости его можно сделать самостоятельно. За основу лучше взять трансформатор на О- или Ш-образном магнитопроводе. Изготовление ЛАТРа на тороидальном железе сводится к его перемотке и требует очень высокой аккуратности при наматывании катушки.
Подготовка материала
Для изготовления регулируемого автотрансформатора необходимы:
- Магнитопровод. Его сечение определяет мощность автотрансформатора.
- Обмоточный провод. Его сечение зависит от мощности и потребляемого тока устройства.
- Термоустойчивый лак. Необходим для пропитки катушки после намотки проводов. Допускается замена масляной краской.
- Тряпичная изолента или киперная лента и корпус с закрепленными разъемами для подключения нагрузки и питания. Желательно разместить в корпусе цифровой или аналоговый вольтметр
- Многопозиционный переключатель. Его допустимый ток должен соответствовать току аппарата. При необходимости допускается производить переключение выводов автотрансформатора при помощи пускателей.
Расчет провода
Перед началом намотки катушки необходимо определить сечение провода и необходимое количество витков/вольт (n/v). Этот расчёт производится по поперечному сечению магнитопровода при помощи онлайн-калькуляторов или по специальным таблицам.
Если для изготовления устройства используется исправный трансформатор, то эти параметры определяются по имеющимся обмоткам:
- подключить трансформатор к сети 220В;
- вольтметром измерить выходное напряжение V;
- отключить аппарат;
- разобрать магнитопровод;
- размотать вторичную обмотку, считая количество витков N;
- по формуле n/v=N/V вычислить количество витков/вольт – основной параметр для расчета катушки;
- измерить сечение провода первичной обмотки.
Совет! Если первичная обмотка не была пропитана лаком и разматывается без нарушения изоляции, то допускается использовать её для намотки катушки автотрансформатора.
Схема
Перед началом работ составляется схема обмотки с указанием количества витков и напряжением на каждом из выводов. В отличие от обычного трансформатора автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая изображается с одной из сторон черты, символизирующей магнитопровод.
Для расчетов витков необходимо определить число выводов. Оно зависит от количества положений многопозиционного переключателя. Один из отводов может совпадать с сетевым выводом:
- определить и указать на схеме напряжение V каждого из положений переключателя;
- рассчитать необходимое число витков между отводами по формуле N=(n/v)*(V²-V³), где V¹, V², V³ и т.д. – напряжение на последующих выводах;
- указать на схеме количество витком между каждыми из отводов.
Совет! При необходимости сделать повышающий автотрансформатор к первичной обмотке добавляется необходимое количество витков. Для этого допускается использовать провод, снятый со вторичной обмотки.
Намотка катушки
После выполнения всех расчётов производится намотка катушки. Она выполняется на готовом или специально изготовленном каркасе вручную или при помощи намоточного станка:
- наматывается необходимое число витков в секции;
- выполняется ответвление – из обмоточного провода, не обрывая его, делается петля длиной 5-20 см и скручивается в жгут;
- после изготовления отвода продолжается намотка катушки;
- операции 1-3 повторяются до завершения намотки;
- готовая обмотка закрепляется киперной лентой и покрывается лаком или краской.
Процесс сборки
После завершения намотки и высыхания лака производится сборка автотрансформатора:
- собирается магнитопровод;
- собранный аппарат устанавливается в корпус;
- подключаются многопозиционный переключатель и вольтметр;
- собранный автотрансформатор подключается к клеммам.
Проверка
После сборки работоспособность устройства необходимо проверить:
- первичная обмотка аппарата подключается к сети;
- измеряются напряжения при каждом из положений переключателя и данные сравниваются с расчетными;
- через 20 минут трансформатор отключается и проверяется на нагрев – при его отсутствии производятся повторные испытания под нагрузкой.
Как сделать трансформатор из автотрансформатора
Кроме изготовления ЛАТРа из обычного трансформатора возможно обратная операция – изготовление трансформатора из ЛАТРа. Такие устройства обладают более высоким КПД из-за лучших свойств тороидального сердечника по сравнению с Ш-образным магнитопроводом.
Для такой переделки достаточно намотать вторичную обмотку:
- посчитать количество витков между выводами 220В;
- определить число витков/вольт
Электронный автотрансформатор
Более современным способом регулировки является использование электронных устройств. Любое из них можно изготовить своими руками.
Тиристорный регулятор
Простейшая схема такого приспособления представляет собой переменный резистор, включенный между анодом и управляющим электродом тиристора. Это позволяет получать пульсирующее постоянное напряжение и управлять им в диапазоне 0-110В.
Для регулировки переменного напряжения 0-220В применяется встречно-параллельная схема соединения, а резистор включается между управляющими электродами.
Вместо двух тиристоров целесообразно применение симистора, а в качестве схемы управления использовать диммер для ламп накаливания.
Транзисторное управление
Самая качественная регулировка получается при использовании транзисторного регулятора. Он обеспечивает плавное изменение и правильную форму выходного напряжения.
Недостаток этой схемы в нагреве выходных транзисторов. Для его уменьшения и повышения КПД целесообразно подключить регулятор к выходным клеммам автотрансформатора – грубая регулировка осуществляется переключением обмоток, а плавная при помощи транзисторов.
ШИМ-регулятор
Самым современным способом является применение ШИМ-контроллера (широтно-импульсная модуляция). В качестве силовых элементов полевые или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами.
Рис.1. Схема однофазного автотрансформатора
Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис.1). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О — общей.
При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток Io. Ток нагрузки вторичной обмотки Ic складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока Io, созданного магнитной связью этих обмоток: Ic=Iв+Io, откуда Io=Ic-Iв.
Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.
Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора. можно записать следующее выражение:
Преобразуя правую часть выражения, получаем:
(3)
где (Uв — Uc)Iв=Sт — трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; UcIв=Sэ — электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.
Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток Iв из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.
В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S=Sном, а трансформаторная мощность — типовой мощностью Sт=Sтип.
Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:
(4)
где nBC = UBUC — коэффициент трансформации; kвыг коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.
Из (4) следует, что чем ближе UB к UC, тем меньше kвыг и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.
Например, при UB=330кВ, UC=110кВ, kвыг=0,667, а при UB=550кВ, UC=330кВ, kвыг=0,34.
Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.
Из схемы (рис.1) видно, что мощность последовательной обмотки
Sп=(UB-UC)IB=Sтип;
мощность общей обмотки
Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на Sтип нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путем.
Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН SН не может быть больше Sтип, так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.
Рассмотрим режимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН и НН (рис.2).
Рис.2. Распределение токов в обмотках автотрансформатора в различных режимах
а,б — автотрансформаторные режимы,
в,г — трансформаторные режимы,
д,е — комбинированные режимы
В автотрансформаторных режимах (рис.2,а,б) возможна передача номинальной мощности Sном из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих режимах в общей обмотке проходит разность токов IС-IВ=kтипIC, а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
В трансформаторных режимах (рис.2,в,г) возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. Условие допустимости режима НН→ВН или НН→СН:
(5)
Если происходит трансформация Sтип из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена.
В трансформаторном режиме передачи мощности Sтип из обмотки НН в ВН (рис.2,г) общая и последовательная обмотки загружены не полностью:
поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность (см. пояснения к рис.2,е).
В комбинированном режиме передачи мощности автотрансформаторным путем ВН→СН и трансформаторным путем НН→СН (рис.2,д) ток в последовательной обмотке.
где РB QB — активная и реактивная мощности, передаваемые из ВН в СН.
Нагрузка последовательной обмотки
Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности SB=Sном последовательная обмотка не будет перегружена.
В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторного режимов направлены одинаково:
Io=Io(a)+I(т).
Нагрузка общей обмотки
So=UC(Io(a)+I(т)).
Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем:
(6)
где РH, QH — активная и реактивная мощности, передаваемые из обмотки НН в обмотку СН.
Таким образом, комбинированный режим НН→СН, ВН→СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии
(7)
Если значения cosφ на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга, то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и (6) упрощается
(8)
В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рис.2,е. В общей обмотке ток автотрансформаторного режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. В последовательной обмотке токи складываются, что может вызвать ее перегрузку. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки
(9)
где Рс, Qс — активная и реактивная мощности на стороне СН; Рн, Qн — то же на стороне НН.
Комбинированный режим НН→ВН, СН→ВН допустим, если
(10)
Если значения cosφ на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга, то (9) упрощается
(11)
Возможны и другие комбинированные режимы: передача мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН или работа в понижающем режиме при передаче мощности из обмотки ВН в обмотки СН и НН. В этих случаях направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рис.2,д,е, но приведенные рассуждения и расчетные формулы (6)-(11) останутся неизменными.
Рис.3. Схема включения трансформаторов тока
для контроля нагрузки автотрансформатора
Во всех случаях надо контролировать загрузку обмоток автотрансформатора. Ток в последовательной обмотке может контролироваться трансформатором тока ТА1, так как Iп=IB (рис.3). Трансформатор тока ТА2 контролирует ток на выводе обмотки СН, а для контроля тока в общей обмотке необходим трансформатор тока ТАО, встроенный непосредственно в эту обмотку. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных автотрансформатора.
Рис.4. Схема трехфазного трехобмоточного автотрансформатора
Выводы, сделанные для однофазного трансформатора [формулы (4)-(11)], справедливы и для трехфазного трансформатора, схема которого показана на рис.4. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН — в треугольник.
К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно-заземленной нейтралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение UB/√З вместо (UB-UC)√3, напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до UB, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае присоединения повышающего автотрансформатора с незаземленной нейтралью к системе с эффективно-заземленной нейтралью.
Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех автотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.
Подводя итог всему сказанному, можно отметить следующие преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:
- меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;
- меньшая масса, а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;
- меньшие потери и больший КПД; более легкие условия охлаждения.
Недостатки автотрансформаторов:
- необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;
- сложность регулирования напряжения;
- опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.
В зависимости от предъявляемых требований к регулированию напряжения РПН применяются различные схемы соединения обмоток автотрансформатора.
Регулирование напряжения без возбуждения может осуществляться так же, как в трансформаторе, при этом регулировочные витки или катушки могут располагаться либо в последовательной обмотке при необходимости регулирования высокого напряжения, либо в общей обмотке при регулировании среднего напряжения, причем в этом случае регулирование получается «связанным», т. к. общая обмотка является обмоткой СН и в то же время является частью обмотки ВН.
При необходимости в автотрансформаторах применяют регулирование напряжения под нагрузкой.
Выбор вида и схемы регулирования зависит от условий в энергосистеме, из которых вытекают требования к автотрансформатору.
При выборе схемы регулирования учитываются расход материалов, возможная конструкция обмоток, в том числе регулировочной обмотки, требуемые характеристики переключающего устройства, перевозбуждение автотрансформатора и пр.
В зависимости от условий регулирования напряжения применяются различные схемы регулирования напряжения под нагрузкой.
Все применяемые схемы можно разделить на три группы:
- схемы регулирования на стороне ВН,
- на стороне СН
- и в общей нейтрали ВН—СН.
Регулирование целесообразно осуществлять в той обмотке, напряжение которой изменяется в больших пределах. Это следует учитывать при выборе схемы — с регулированием на стороне ВН или СН.
Устройства РПН состоят из следующих основных частей: контактора, размыкающего и замыкающего цепь рабочего тока в процессе коммутации, избирателя, контакты которого размыкают и замыкают электрическую цепь без тока, приводного механизма, токоограничивающего реактора или резистора.
Рис. 2. Схема регулирования на автотрансформаторах: а — на стороне ВН, б — на стороне СНПоследовательность работы устройств РПН с реактором (серий РНО, РНТ) и с резистором (серий РНОА, РНТА) показана на рис. 3. Необходимая очередность в работе контакторов и избирателей обеспечивается приводным механизмом с реверсивным пускателем.
В устройстве РПН с реактором реактор рассчитан на длительное прохождение номинального тока. В нормальном режиме через реактор проходит только ток нагрузки. В процессе переключения ответвлений, когда часть регулировочной обмотки оказывается замкнутой реактором (рис. 3,г), он ограничивает до приемлемых значений ток I, проходящий в замкнутом контуре.
Рис. 3. Последовательность работы переключающих устройств РПН с реактором (а—ж) и резистором (з—н): К1—К4 — контакторы, РО — регулировочная обмотка, Р — реактор, R1 и R2 — резисторы, П — переключатели (избиратели)Реактор и избиратель, на контактах которого дуги не возникает, обычно размещают в баке трансформатора, а контактор помещают в отдельном масляном баке, чтобы не допускать разложения электрической дугой масла, находящегося в трансформаторе.
Действие переключающих устройств РПН с резистором во многом сходно с работой РПН с реактором. Отличие состоит в том, что в нормальном режиме работы резисторы зашунтированы или отключены и ток по ним не проходит, а в процессе коммутации ток проходит в течение сотых долей секунды.
Резисторы не рассчитаны на длительную работу под током, поэтому переключение контактов происходит быстро под действием мощных пружин. Резисторы имеют небольшие размеры и являются, как правило, конструктивной частью контактора.
Устройства РПН приводятся в действие дистанционно со щита управления и автоматически от устройств регулирования напряжения. Предусмотрено переключение приводного механизма с помощью кнопки, расположенной в шкафу привода (местное управление), а также с помощью рукоятки. Переключение РПН рукояткой под напряжением не рекомендуется выполнять оперативному персоналу.
Один цикл работы РПН разных типов происходит за время от 3 до 10 с. Процесс переключения сигнализируется красной лампой, которая загорается в момент подачи импульса и продолжает гореть все время, пока механизм не закончит весь цикл переключения с одной ступени на другую. Независимо от длительности одного импульса на пуск устройства РПН имеют блокировку, разрешающую переход избирателя только на одну ступень. По окончании движения переключающего механизма заканчивают перемещение дистанционные указатели положения, показывая номер ступени, на которой остановился переключатель.
Блоки автоматического регулирования коэффициента трансформации (АРКТ)
Для автоматического управления устройства РПН снабжаются блоками автоматического регулирования коэффициента трансформации (АРКТ).
Структурная схема автоматического регулятора напряжения показана на рис. 4.
Регулируемое напряжение подается на зажимы блока АРКТ от трансформатора напряжения. Кроме того, устройством токовой компенсации ТК учитывается еще падение напряжения от тока нагрузки. На выходе блока АРКТ исполнительный орган И управляет работой приводного механизма РПН. Схемы автоматических регуляторов напряжения весьма разнообразны, но все они, как правило, содержат основные элементы, указанные на рис. 4
Рис. 4. Структурная схема автоматического регулятора напряжения: 1 — регулируемый трансформатор, 2 — трансформатор тока, 3 — трансформатор напряжения, ТК — устройство токовой компенсации, ИО — измерительный орган, У — орган усиления, В — орган выдержки времени, И — исполнительный орган, ИП — источник питания, ПМ — приводной механизм
Обычный трансформатор состоит из двух обмоток, называемых первичной и вторичной обмотками. Эти две обмотки магнитно связаны и электрически изолированы. Но трансформатор, в котором часть обмоток является общим как для первичной, так и для вторичной обмотки, называется Автотрансформатор .
Высокоэффективный автотрансформатор с настройками отводов 6%, 4%, 2% (фото от Legend Power)В автотрансформаторе две обмотки не только магнитно связаны, но и электрически связаны.Входной сигнал на трансформатор постоянный, но выходной сигнал может варьироваться путем изменения обмоток.
Автотрансформатор является одновременно самым простым и интересным соединением с двумя обмотками. Он довольно широко используется в системах передачи больших объемов мощности из-за его способности увеличивать эффективную мощность КВА трансформатора.
Автотрансформаторытакже используются в цепях радиально-распределительного устройства в качестве стабилизаторов напряжения .
Соединение показано в Рисунок 1 ниже.
Рисунок 1 — Повышение автотрансформаторной связиПервичная и вторичная обмотки двухобмоточного трансформатора вызвали эдс в них из-за общего взаимного потока и, следовательно, находятся в фазе. Токи, проведенные этими двумя обмотками, сдвинуты по фазе на 180◦. Это побудило использование части основного как вторичного. Это эквивалентно общему вторичному превращению в первичное превращение.
Общий участок должен иметь площадь поперечного сечения проводника для переноса ( I2-I1 ) ампер.Общее число оборотов между A и C составляет T1 . В точке B соединение установлено. Секция AB имеет T2 поворотов. Поскольку вольт на оборот, пропорциональный потоку в машине, одинаков для всей обмотки, V1: V2 = T1: T2
Когда вторичная обмотка выдает ток нагрузки I2 Ампер, размагничивающие ампер-витки равны I2T2 . Этому будет противостоять ток I1 , протекающий от источника через обороты T1, так что
I1T1 = I2T2
Ток I1 ампер протекает через обмотку между B и C .Ток в обмотке между A и B составляет (I2 — I1) ампер. Поперечное сечение провода, которое должно быть выбрано для AB , пропорционально этому току, предполагая постоянную плотность тока для всей обмотки. Таким образом, можно достичь некоторой экономии материала по сравнению с двухобмоточным трансформатором. Предполагается, что магнитная цепь идентична и, следовательно, в ней нет экономии.
Для количественной оценки экономии общее количество меди, используемой в автотрансформаторе, выражается в виде доли от количества, используемого в двухобмоточном трансформаторе, как:
Медь в автотрансформаторе / медь в двухобмоточном трансформаторе
= (((T1 — T2) I1 + T2 (I2 — I1)) / T1I1 + T2I2
Медь в автотрансформаторе / медь в двухобмоточном трансформаторе
= 1 — (2T2I1 / (T1I1 + T2I2))
Но T1I1 = T2I2 ,
Отношение = 1 — (2T2I1 / 2T1I1) = 1 — (T2 / T1)
Это означает, что автотрансформатор требует использования меньшего количества меди, определяемого соотношением витков.Это соотношение, следовательно, экономия на меди .
Поскольку места для второй обмотки не должно быть, оконное пространство может быть меньше для автотрансформатора, что также дает некоторую экономию в весе ламинирования. Чем больше отношение напряжений, тем меньше экономия. Когда T2 приближается к T1 , экономия становится значительной. Таким образом, автотрансформаторы становятся идеальным выбором для преобразований с близкими отношениями.
Рисунок 2 — Преобразования близких отношенийАвтотрансформатор, показанный в Рисунок 2 выше подключен в качестве повышающего автотрансформатора, потому что последовательная обмотка повышает выходное напряжение.Следует соблюдать осторожность при обсуждении напряжений « первичной » и « вторичной » в отношении обмоток в автотрансформаторе.
В двухобмоточных трансформаторах первичное напряжение связано с первичной обмоткой, вторичное напряжение связано с вторичной обмоткой, и первичное напряжение обычно считается больше, чем вторичное напряжение.
В случае повышающего автотрансформатора, однако, первичное (или высокое) напряжение связано с последовательной обмоткой, а вторичное (или низкое) напряжение связано с общей обмоткой; но напряжение на общей обмотке выше, чем на последовательной обмотке.
Ограничение автотрансформатора
Одним из ограничений подключения автотрансформатора является то, что не все типы трехфазных соединений возможны. Например, соединения ∆-Y и Y- ∆ невозможны при использовании автотрансформатора.
Y-Y-соединение должно иметь общую нейтраль между обмотками высокого и низкого напряжения, поэтому нейтрали цепей, подключенных к этим обмоткам, не могут быть изолированы.
Подключение автотрансформатора ∆ — ∆ теоретически возможно; однако это создаст своеобразный фазовый сдвиг.Сдвиг фазы является функцией отношения первичных и вторичных напряжений и может быть рассчитан по векторной диаграмме.
Этот фазовый сдвиг нельзя изменить или устранить, и по этой причине автотрансформаторы очень редко подключаются как Δ — Δ трансформаторы.
Преимущества автотрансформатора
- Значительная экономия по размеру и весу.
- Уменьшаются потери для данной мощности KVA.
- Использование автотрансформаторного соединения обеспечивает возможность достижения более низких последовательных импедансов и лучшего регулирования.Его эффективность больше по сравнению с обычной.
- Его размер относительно очень меньше.
- Регулировка напряжения автотрансформатора намного лучше.
- Более низкая стоимость
- Низкие требования к току возбуждения.
- Меньше меди используется в его конструкции и конструкции.
- В обычном трансформаторе значение повышения или понижения напряжения фиксировано, в то время как в автотрансформаторе мы можем изменять выходное напряжение в соответствии с нашими требованиями и плавно увеличивать или уменьшать его значение в соответствии с нашими требованиями.
Недостатки автотрансформатора
- Подключение автотрансформатора недоступно при определенных трехфазных подключениях.
- Более высокие (и, возможно, более разрушительные) токи короткого замыкания могут возникать из-за более низкого последовательного сопротивления.
- Короткие замыкания могут создавать напряжения, значительно превышающие рабочие напряжения на обмотках автотрансформатора.
- При одинаковом скачке напряжения на клеммах линии наложенное и наведенное напряжения больше для автотрансформатора, чем для двухобмоточного трансформатора. Автотрансформатор
- состоит из одной обмотки вокруг железного сердечника, которая создает изменение напряжения от одного конца к другому. Другими словами, самоиндуктивность обмотки вокруг сердечника изменяет потенциал напряжения, но отсутствует изоляция концов высокого и низкого напряжения обмотки. Таким образом, любой шум или другие аномалии напряжения, поступающие с одной стороны, передаются на другую. По этой причине автотрансформаторы обычно используются только в тех случаях, когда перед ним уже есть какая-то фильтрация или кондиционирование, как в электронных приложениях, или если на расположенное ниже устройство не влияют эти аномалии, такие как двигатель переменного тока во время запуска.
Применение
- Используется как в синхронных, так и в асинхронных двигателях.
- Используется в лабораториях по испытаниям электрических приборов, поскольку напряжение может плавно и непрерывно изменяться.
- Они находят применение в качестве усилителей в фидерах переменного тока для повышения уровня напряжения.
Используется в подстанции высокого напряжения по следующим причинам:
- Если мы используем обычный трансформатор, размер трансформатора будет очень большим, что приводит к большому весу, большему количеству меди и высокой стоимости.
- Третичная обмотка, используемая в автотрансформаторе, уравновешивает однофазные несбалансированные нагрузки, подключенные к вторичной обмотке, и не пропускает эти несбалансированные токи на первичную сторону. Следовательно, гармоники и дисбаланс напряжения устранены.
- Третичная обмотка в Автотрансформаторе уравновешивает обороты усилителя так, что Автотрансформатор достигает магнитного разделения как два обмоточных трансформатора.
Пусковой двигатель с автотрансформаторомСхема и функционирование
Стартер с автотрансформатором позволяет запускать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором с уменьшенным пусковым током, так как напряжение на двигателе уменьшается во время запуска.
В отличие от соединения звезда-треугольник, требуются только три провода и клеммы двигателя. При запуске двигатель подключается к ответвлениям автотрансформатора; контактор трансформатора K2M и контактор звезды K1M замкнуты.
Двигатель запускается при напряжении, уменьшенном трансформатором, с соответственно меньшим током.
Таким образом, ток питания по сравнению с прямым запуском будет уменьшен на на квадрат отношения напряжения трансформатора ; тем не менее, он в большинстве случаев заметно выше, так как он также покрывает относительно высокими потерями трансформатора .
В зависимости от соотношения тока ответвления и пускового тока двигателя, пусковой ток составляет (1… 5) · т. Е. .Напротив, крутящий момент двигателя падает с квадратом напряжения на обмотках. Автотрансформаторы обычно имеют три доступных отвода в каждой фазе (, , например, 80%, 65%, 50%, , ), так что пусковая характеристика двигателя может быть отрегулирована в соответствии с условиями нагрузки.
Если двигатель достиг 80… 95% от его номинальной скорости ( в зависимости от требуемого уменьшения скачка тока после переключения ), звездный контактор K1M на трансформаторе размыкается.
Теперь обмотки трансформатора действуют как дроссели. Напряжение двигателя уменьшается только за счет дросселей ниже напряжения питания, и скорость двигателя не падает. Главный контактор K3M замыкается через вспомогательные контакты звездного контактора и подает полное напряжение питания на двигатель.
Со своей стороны, главный контактор K3M выпадает из контактора трансформатора K2M .
Таким образом, вся процедура не прерывается.
Рисунок 1 — Автотрансформаторный пускатель с бесперебойным переключением (метод запуска Korndörfer) Рейтинг стартера
Главный контактор K3M и защитное устройство двигателя F1 выбираются в соответствии с номинальным рабочим током двигателя I e . Контактор трансформатора и контактор звезды замкнуты на короткое время во время запуска.
Их номинал определяется требуемой отключающей способностью , поскольку они должны надежно справляться с любым непредвиденным отключением во время запуска.
Звездный контактор также работает при каждом запуске во время переключения. Значения номинальных рабочих токов для контактора трансформатора K2M, в зависимости от времени запуска и пускового тока, находятся в диапазоне (0,3… 1) · I e , для контактора звезды между (0,45… 0,55). ) · Я и .
Тестирование двигателей переменного тока и работа на генераторе Westinghouse
Ресурс: Аллен Брэдли — распределительное устройство низкого напряжения и распределительное устройство
,