Основные отличия трансформатора от автотрансформатора. Сравнение принципа работы, конструкции и области применения этих аппаратов.
Для преобразования напряжения в электротехнике используют трансформаторы или автотрансформаторы. Из-за схожести названий этих двух устройств их часто путают или приравнивают к одному и тому же. Однако это не так, хоть и принцип действия подобен, но принципиально различается конструкция и их сфера применения. Поэтому давайте рассмотрим отличия трансформатора от автотрансформатора, чтобы понять, в чем все же разница. Содержание:
Определения
Трансформатор – это электромагнитный аппарат, передающий энергию через магнитное поле. Он состоит из двух и более обмоток (иногда говорят катушек) на стальном, железном или ферритовом сердечнике в зависимости от числа фаз, входных и выходных напряжений. Основной его особенностью является то, что первичная цепь и вторичная не электрически связаны между собой, то есть обмотки не имеют электрических контактов. Это называется гальванической развязкой. А такую связь катушек называют индуктивной.
Ниже вы видите условное графическое обозначение двух и трёхобмоточного трансформатора на схеме электрической принципиальной:
Они бывают повышающими, понижающими и разделительными (напряжение на входе равно напряжению на выходе). При этом если подать питание на вторичную обмотку понижающего трансформатора – на первичные обмотки вы получите повышенное напряжение, то же самое и правило работает и для повышающего.
Автотрансформатор – это один из вариантов трансформатора с одной обмоткой, намотанной на сердечнике в принципе аналогичном предыдущему случаю. В нём, в отличие от обычного транса, первичная и вторичная цепь электрически связаны между собой. А значит он не обеспечивает гальванической развязки. Условное графическое обозначение автотрансформатора вы видите ниже:
Автотрансформаторы бывают с фиксированным выходным напряжением и регулируемые. Последние многим известны под названием ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Также могут быть как понижающими, так и повышающими. В регулируемом ЛАТРе вторичная цепь подключается к скользящему по катушке контакту.
Важно! Из-за отсутствия гальванической развязки, автотрансформаторы по определению не могут быть разделительными в отличие от обычных!
Еще одним отличием является количество обмоток автотрансформатора – обычно оно равняется количеству фаз. Соответственно для питания однофазных устройств используют однообмоточные, а для трёхфазных – трёхобмоточные изделия.
Принцип действия
Кратко и простыми словами рассмотрим, как работает каждый вариант исполнения.
У трансформатора есть минимум две обмотки – первичная и вторичная (или их несколько). Если первичную подключить к сети (или другому источнику переменного тока) – тогда ток в первичной обмотке создаёт магнитный поток через сердечник, который пронизывая витки вторичных, наводит в них ЭДС. Принцип действия основан на явлениях электромагнитной индукции, в частности закона Фарадея. При протекании тока во вторичной обмотке (в нагрузку) изменяется и ток в первичной обмотке из-за взаимоиндукции. Разница напряжений между первичной и вторичными обмотками определяется соотношением их витков (коэффициентом трансформации).
Uп/Ud=n1/n2
n1, n2 – количество витков на первичке и вторичке.
Говоря об автотрансформаторе, у него одна обмотка, если фаз несколько – столько же и обмоток. При протекании по ней переменного тока магнитный поток, который возникает внутри неё, индуцирует ЭДС в этой же обмотке. Её величина прямо пропорциональна числу витков. Нагрузка (вторичная цепь) подключается к отводу от витков. На повышающем автотрансформаторе питание подаётся не на концы обмотки, а на один из концов и отвод от витков в отличие от трансформатора. Что было изображено на схеме выше.
Основные отличия
Чтобы вам было легче понять, в чем разница между обычным трансформатором и автотрансформатором, мы собрали в таблицу их основные отличия:
Трансформатор
Автотрансформатор
КПД
Количество обмоток
Минимум 2 и больше в зависимости от количества фаз
1 и более, равно количеству фаз
Гальваническая развязка
Есть
Нет
Опасность поражения электрическим током при питания бытовых электроприборов
При выходном напряжении менее 36 Вольт – невелика
Высокая
Безопасность для запитанных приборов
Высокая
Низкая, при обрыве в катушке на витках после отвода к нагрузке, на неё попадет всё напряжение питания
Стоимость
Высокая, расход меди и стали для сердечников большой, особенно у трёхфазных трансформаторов
Низкая, из-за того что для каждой фазы лишь 1 обмотка, расход меди и стали меньшие
Автотрансформаторы используются в бытовых стабилизаторах сетевого напряжения. Часто ЛАТРы используют в лабораториях при тестировании или ремонте электронных устройств. Тем не менее они нашли своё применение и в высоковольтных сетях, а также для электрификации железных дорог.
Например, на ЖД используются такие изделия в сетях 2х25 (два по 25 киловольт). Как на схеме выше в малонаселенных районах прокладывается линия 50 кВ, а к электропоезду по контактному проводу подаётся 25 кВ от понижающего автотрансформатора. Таким образом уменьшается число тяговых подстанций и потери в линии.
Теперь вы знаете, в чем принципиальное отличие трансформатора от автотрансформатора. Для закрепления материала рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Наверняка вы не знаете:
- Чем отличается электромеханическое УЗО от электронного
- Отличия сетевого фильтра от удлинителя
- Разница между контактором и пускателем
0)Не нравится
0)Людям, не обладающим широкими познаниями в области электротехники, сложно разобраться в нюансах технического устройства электрических машин. Рассмотрим основные отличия трансформатора от автотрансформатора, исходя из существующих разновидностей данного оборудования, выполняемых функций и внешнего вида.
Что такое трансформатор
Трансформаторами называют электромагнитные аппараты, передающие электрическую энергию посредством магнитного поля по принципу индукции, и преобразующие её характеристики в процессе передачи. Подобный агрегат состоит из сердечника, первичной и вторичной обмоток. Разница в характеристиках на входе и выходе достигается различным количеством витков на первичной и вторичной катушках.
Данные агрегаты различаются по следующим особенностям:
- количеству фаз и обмоток на выходе;
- повышению или понижению характеристик на выходе;
- присутствию возможности регулирования.
Указанные устройства используются в различных электрических установках и приборах, в качестве силового оборудования на подстанциях.
Что такое автотрансформатор
Автотрансформатором называют разновидность трансформатора, у которого катушки на входе и выходе обладают прямой электрической связью, помимо магнитной. Их обмотка снабжается несколькими выходами, позволяющими подключаться к контактам с разными характеристиками напряжений.
Производятся следующие разновидности таких установок:
Также в трёхфазных цепях можно устанавливать по три однофазных автотрансформатора, соединив их в виде звезды или треугольника.
Основные отличия
Указанные приборы отличаются принципом работы и внешним видом. Далее – детальнее о различиях указанного оборудования.
По принципу работы
Исходя из конструктивных особенностей, различия данных агрегатов состоят в том, что у трансформаторов отсутствует прямая электрическая связь, а у автотрансформаторов она имеется.
Эти машины различаются по количеству обмоток – с одной у автотрансформатора и двумя или более у трансформатора.
Автотрансформатор отличается большим показателем КПД, но меньшим диапазоном преобразования электрических характеристик в процессе передачи.
Визуальные
Внешне подобное оборудование отличается тем, что трансформаторы намного массивнее автоматических устройств за счёт того, что в данном случае применяется только одна обмотка. В остальном визуальные отличия неспециалисту выявить сложно.
Каждый вид электрического оборудования разрабатывался, исходя из поставленных задач и предусмотренного функционального назначения. Поэтому и трансформаторы, и автотрансформаторы получили широкую область применения в бытовой сфере и промышленном производстве. Но в силу конструктивных особенностей, вторые из них больше используются на промышленных предприятиях, поскольку их применение в бытовой сфере ограничивает большая опасность при эксплуатации, что можно преодолеть на производстве оборудованием надёжного заземления.
а) Малым коэффициентом трансформации
б) Возможностью изменения коэффициента трансформации
в) Электрическим соединением первичной и вторичной цепей
г) Мощностью
А17 .Как изменить направление вращения магнитного поля статора асинхронного трехфазного двигателя?
а) Достаточно изменить порядок чередования всех трёх фаз б) Достаточно изменить порядок чередования двух фаз
в) Достаточно изменить порядок чередования одной фазы г) Это сделать не возможно
А18 .Что является вращающейся частью в асинхронном двигателе?
а) Статор б) Ротор
в) Якорь г) Станина
А29 .Для преобразования какой энергии предназначены асинхронные двигатели?
а) Электрической энергии в механическую
б) Механической энергии в электрическую
в) Электрической энергии в тепловую
г) Механической энергии во внутреннюю
А20 .Укажите основной недостаток асинхронного двигателя.
а) Сложность конструкции
б) Зависимость частоты вращения от момента на валу
в) Низкий КПД
г) Отсутствие экономичных устройств для плавного регулирования частоты вращения ротора.
А21 . К какому источнику электрической энергии подключается обмотка статора синхронного двигателя?
а) К источнику трёхфазного тока б) К источнику однофазного тока
в) К источнику переменного тока г) К источнику постоянного тока
А22 .Для выпрямления переменного напряжения применяют:
а) Однофазные выпрямители б) Трехфазные выпрямители
в) Мостовые выпрямители г) Все перечисленные
А23 Сколько p-n переходов содержит полупроводниковый диод?
а) Один б) Два
в) Три г) Четыре
А24 .Управляемые выпрямители выполняются на базе:
а) Резисторов б) Полевых транзисторов
в) Биполярных транзисторов г) Тиристоров
А25 .Электронные устройства, преобразующие переменное напряжение в постоянное , называются:
а) Выпрямителями б) Инверторами
в) Стабилитронами г) Фильтрами
В1 .Симметричная нагрузка соединена треугольником. При измерениях фазного тока амперметр показал соответсвенно 10 А, 15 А , 20 А Чему соответственно будет равен ток в линейном проводе при этих показаниях .
1 2 3
В2 . Сколько p-n переходов содержат полупроводниковый диод , триод , тиристор
1 2 3
В3 . В каком режиме работают электроприводы кранов, лифтов, лебедок?
1 2 3
а) В длительном режиме б) В кратковременном режиме
в) В повторно- кратковременном режиме г) В повторно- длительном режиме
В4 . Какой прибор используется для измерения напряжения, тока , мощности
1 2 3 а). Амперметр
б) Вольтметр
с) Ваттметр
Автотрансформатором (АТ) называют разновидность исполнения трансформатора, которая характеризуется наличием на магнитном сердечнике только одной обмотки, имеющей несколько отводов (отпаек).
Каждой отпайке соответствует определённый уровень напряжения. Таким образом, когда говорят о первичной или вторичной обмотке автотрансформатора, подразумевают те или иные обмоточные отпайки.
Особенность электрической схемы автотрансформатора, заключающаяся в наличии только одной обмотки, определяет отличие его технических параметров от характеристики обычного трансформатора.
Основные различия могут быть сформулированы следующим образом:
- более высокий КПД по сравнению с обычным трансформатором;
- меньший расход меди и стали при изготовлении обмоточных проводников и магнитопровода, соответственно меньший вес и стоимость оборудования при той же мощности;
- наличие гальванической связи между первичными и вторичными электрическими сетями.
Повышенный КПД устройства определяется тем, что не вся трансформируемая мощность подвергается электромагнитному преобразованию, так как первичная и вторичная обмотки имеют общий участок. Вследствие этого потери энергии в меди и стали автотрансформатора ниже, чем у трансформатора аналогичной мощности.
Отсутствие необходимости изготавливать и монтировать вторую обмоточную катушку с проводником значительно снижает вес устройства и создаёт лучшие условия для охлаждения меди и стали.
Гальваническую связь между первичной и вторичной электрической сетью принято считать минусом устройства, однако в сетях с заземлённой нейтралью эта особенность роли не играет, а выигрыш в цене оборудования и уменьшение потерь может быть весьма значительным.
ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРА
Рассмотрим принцип работы устройства на примере самой простой схемы с обмоточной катушкой, имеющей три отвода — два крайних и один средний (рис.1).
Полное число витков обмотки Wв подключено к сети высокого напряжения, часть витков до отпайки Wн — к стороне низкого напряжения. Нижний по схеме вывод является общим.
В случае, когда устройство используется как повышающий преобразователь, на выводы Uн подаётся питающее напряжение, с выводов Uв снимается его повышенное значение в результате трансформации. Если мощность направлена от Uв к Uн, питающее напряжение подключается к отпайкам высокой стороны.
Коэффициент трансформации является масштабным показателем преобразования устройства и в данном случае определяется так же, как для обычного трансформатора:
K = Uв/Uн = Wв/Wн,
то есть численно равен отношению количества витков первичной и вторичной обмотки. Коэффициент трансформации может быть выражен также через значения токов. Соотношение в этом случае будет обратным:
K = Iн/Iв = Wв/Wн,
которое иллюстрирует, что с увеличением числа витков и соответственно значения U обмотки, ток в ней пропорционально уменьшается. Физически это означает, что значения мощностей в обмотках одинаковы, если пренебречь величиной потерь.
Строго говоря, мощность в обмотке, к которой подключен потребитель, всегда меньше мощности в питающей обмотке на величину потерь.
Сфера применения автотрансформаторов распространяется на различные отрасли, в числе которых:
- энергетика (электроснабжение), где данные устройства большой мощности широко применяются на сетевых электрических подстанциях;
- электроника, в которой многие радиотехнические устройства содержат АТ;
- лабораторные электротехнические устройства регулирования электрических параметров (ЛАТР).
ЛАБОРАТОРНЫЙ АВТОТРАНСФОРМАТОР (ЛАТР)
Данное устройство предназначено для регулирования сетевого напряжения 220В в широких пределах, нередко от нуля до номинального значения.
В лабораторной практике ЛАТР используется:
- для испытания различного электрооборудования;
- как регулируемый источник переменного напряжения.
Основой лабораторного АТ является кольцевой (тороидальный) магнитопровод, на котором расположена обмотка, выполненная медным эмалированным проводом. Крайние выводы обмотки включаются в электрическую сеть 220 вольт, средний вывод обмотки — скользящий.
Токосъёмник среднего вывода имеет следующую конструкцию. Наружный слой обмотки лабораторного АТ зачищен от изоляционного лака с одной из торцевых сторон. По зачищенному участку обмотки перемещается графитовое токосъёмное колесо, прижимаемое к обмотке усилием пружины.
Ось механизма вращения токосъёмника находится в центре тора, а на её конце установлена ручка, при вращении которой перемещается токосъёмник.
Нагрузка лабораторного АТ подключается к одному из крайних выводов и среднему. Таким образом, вращение рукоятки, вызывающее перемещение токосъёмника изменяет число витков обмотки, подключенной к нагрузке, следовательно, и значение U на нагрузке.
В эпоху ламповых телевизоров данное устройство имело широкое применение в качестве ручного регулятора напряжения. Автотрансформатор снабжался стрелочным индикатором выходного напряжения, за уровнем которого потребитель должен был наблюдать и при необходимости производить корректировку вращением рукоятки.
В наши дни такой принцип регулирования также не потерял актуальность. Лабораторный автотрансформатор находится в основе конструкции автоматических стабилизаторов напряжения электромеханического типа.Ось токосъёмника в этих устройствах сопряжена с электронным сервоприводом, который автоматически устанавливает токосъёмник в положение, обеспечивающее номинальное значение напряжения на выходе. Сервопривод управляется электронной системой контроля.
Примечание. Электромеханические стабилизаторы напряжения относятся к наиболее точным приборам. Малая величина их погрешности обусловлена бесступенчатой системой регулирования.
СИЛОВЫЕ АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
Применение автотрансформаторов на высоковольтных электрических подстанциях в качестве альтернативы обычным трансформаторам имеет чисто экономический смысл.
Оборудование данного типа используется только для соединения электрических сетей с заземлённой нейтралью в сетях напряжением 110 кВ и выше.
В сетях с изолированной нейтралью автотрансформаторы не используются, так как при однофазном коротком замыкании, в смежной сети происходит недопустимое повышение напряжения.
Широкое применение в энергосистемах получили трёхобмоточные автотрансформаторы как в трёхфазном исполнении, так и в виде группы из трёх однофазных устройств. Каждая из трёх обмоток — высокого напряжения (ВН), среднего напряжения (СН) и низкого напряжения (НН) подключена к соответствующей электрической сети.
Данные АТ являются, по сути, гибридами традиционного трансформатора и автотрансформатора. Две ступени этих устройств (ВН и СН) гальванически связаны между собой, а третья (НН) имеет с ними только электромагнитную связь.
В зависимости от того, какие ступени АТ задействованы, трёхобмоточный автотрансформатор способен работать в одном из трёх режимов:
- автотрансформаторный режим, при котором задействованы только ступени ВН и СН, имеющие гальваническую связь;
- трансформаторный режим, который реализуется при работе одной из пар ступеней — ВН и НН либо СН и НН;
- смешанный режим осуществляется при работе всех трёх ступеней автотрансформатора.
* * *
© 2014-2020 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.
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.
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.
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.
Между автотрансформатором и обычным трансформатором есть несколько отличий. Одним из основных различий между ними является то, что автотрансформатор имеет только одну обмотку, тогда как обычный трансформатор имеет две отдельные обмотки. Другие различия между ними объяснены ниже в форме сравнительной таблицы.
Содержимое: Автотрансформатор V / S Обычный Трансформатор
- Сравнительная таблица
- Определение
- Ключевые отличия
- Сходства
Сравнительная таблица
| Основа для различий | Автотрансформатор | Обычный трансформатор |
|---|---|---|
| Определение | Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой действует как первичная, а другая — как вторичная. | Это статическая машина, которая передает электрическую энергию от одного конца к другому без изменения частоты. |
| Количество обмоток | Автотрансформатор имеет только одну обмотку на многослойном сердечнике | Он имеет две отдельные обмотки, то есть первичную и вторичную обмотку. |
| Символ |  |  |
| Изоляция | Первичная и вторичная обмотки не имеют электрической изоляции. | Первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. |
| Индукция | Самоиндукция | Взаимная индукция |
| Размер | Маленький | Большой |
| Power Transfer | Частично путем преобразования и частично путем прямого электрического соединения. | Через преобразование |
| Регулирование напряжения | Лучше | Хорошее |
| Материал обмотки | Меньше требуется | Больше требует |
| Контур | Контуры первичной и вторичной обмоток соединены магнитно. | Цепи первичной и вторичной обмоток соединены электрически и магнитно. |
| Соединение | Зависит от ответвления | Соединение напрямую с нагрузкой. |
| Пусковой ток | Уменьшается | Уменьшается в 1/3 раза. |
| Ток возбуждения | Малый | Малый |
| Экономичный | Больше | Меньше |
| Стоимость | Менее дорогая | Более дорогая |
| Эффективный | Больше | Меньше |
| Поток и сопротивление утечки | Низкий | Высокий |
| Импеданс | Меньше | Высокий |
| Стоимость | Дешево | Очень дорого |
| Потери | Низкие | Высокие |
| Выходное напряжение | Переменное | Постоянное. |
| Применения | Используется в качестве пускателя в асинхронном двигателе, в качестве регулятора напряжения, на железных дорогах, в лаборатории. | Используется в системе питания для повышения и понижения напряжения. |
Определение автотрансформатора
Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой действует как первичная обмотка, а другая как вторичная, называется автотрансформатором. Обмотки автотрансформатора соединены магнитно и электрически.
Когда первичное напряжение больше вторичного напряжения, тогда трансформатор называется понижающим автотрансформатором, а когда первичное напряжение меньше вторичного, то оно называется повышающим автотрансформатором.
Автотрансформатор имеет низкую стоимость, лучшее регулирование и низкие потери. Недостатком автотрансформатора является то, что первичная обмотка автотрансформатора не изолирована от вторичной. Таким образом, если низкое напряжение подается от высокого напряжения, то полное напряжение попало на вторичную клемму, что опасно для нагрузки и оператора.
Автотрансформатор не используется для соединения систем высокого и низкого напряжения. Используется в местах, где требуется небольшое изменение
.
Определение обычного трансформатора
Обычный трансформатор — это статическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с одинаковой частотой, но разным напряжением. Он работает по принципу электромагнитной индукции, то есть электродвижущая сила индуцируется в замкнутом контуре из-за переменного магнитного поля вокруг него.Обмотки обычного трансформатора электрически изолированы, но соединены магнитом.
Обычный трансформатор имеет две обмотки. т.е. первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка получает вход от источника питания, а вторичная обмотка подключается к нагрузке и подает энергию на нагрузку.
Когда выходное напряжение трансформатора больше входного напряжения, тогда такой тип трансформаторов называется повышающим трансформатором, а когда выходное напряжение меньше входного напряжения, то его называют понижающим трансформатором.Трансформатор, в котором напряжение приема и напряжение отправки одинаковы, тогда такой тип трансформатора называется трансформатором один в один.
Ключевые различия между автотрансформатором и трансформатором
- Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая действует как в качестве первичной, так и вторичной обмотки, тогда как обычный трансформатор имеет две отдельные обмотки, то есть первичную и вторичную обмотки.
- Автотрансформатор работает по принципу самоиндукции i.е. вызвать электромагнитную силу в цепи из-за изменения тока. Обычный трансформатор работает по принципу взаимной индукции, при котором ЭДС индуцирует в катушке, изменяя ток в соседней катушке.
- Автотрансформатор меньше по размеру, тогда как обычный трансформатор больше по размеру.
- Автотрансформатор более экономичен по сравнению с обычным трансформатором.
- В автотрансформаторе электрическая энергия передается от первичной к вторичной отчасти в процессе преобразования и частично от постоянного тока.Обычный трансформатор передает электроэнергию посредством электрического преобразования, из-за которого происходит потеря мощности.
- Регулирование напряжения автотрансформатора намного лучше, чем у обычного трансформатора
- Регулирование напряжения — это изменение напряжения на вторичной клемме от холостого хода к полной нагрузке.
- Автотрансформатор имеет только одну обмотку. Таким образом, для намотки требуется меньше проводника по сравнению с обычным трансформатором.
- Первичная и вторичная обмотки автотрансформатора не имеют электрической изоляции, тогда как обмотки обычного трансформатора электрически изолированы друг от друга.
- Пусковой ток автотрансформатора меньше, чем фактический ток, тогда как пусковой ток обычного трансформатора составляет одну треть от основного тока.
- Автотрансформатор более эффективен по сравнению с обычным трансформатором.
- Поток рассеяния и сопротивление автотрансформатора низкие, потому что он имеет только одну обмотку, тогда как в обычном трансформаторе он высокий.
- Автотрансформатор имеет меньшее сопротивление по сравнению с обычным током. Меньшее сопротивление приводит к большому току короткого замыкания.
- Стоимость автотрансформатора очень меньше, тогда как обычный ток очень дорог.
- Потери в автотрансформаторе меньше по сравнению с обычным трансформатором.
- Выходное напряжение вторичного трансформатора изменяется, когда скользящие контакты используются во вторичной обмотке, тогда как выходное напряжение обычного трансформатора всегда остается постоянным.
- Автотрансформатор используется в качестве регулятора напряжения, в лаборатории, на железнодорожных станциях, в качестве статора в асинхронном двигателе и т. Д., В то время как обычный трансформатор используется для повышения и понижения напряжения в электрической сети. ,
Сходства: Автотрансформатор и обычный трансформатор работают по принципу электромагнитной индукции. Они использовали медный проводник для изготовления обмоток. Сердечники обоих трансформаторов изготовлены из стали CRGO.Первичная и вторичная части обоих преобразователей магнитно связаны друг с другом.
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 & B) автотрансформатора, а нагрузка подключена между клеммами C & B.
Число витков первичной обмотки 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 соединены.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, заключающиеся в том, что они часто 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
