Расчет автотрансформатора мощностью до 1 кВт

Автотрансформатор — электрический трансформатор, часть обмотки которого принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям. При питании первичной обмотки АХ от сети переменного тока в сердечнике возбуждается магнитный поток, наводящий в ней противоэдс.

На участке gх, являющемся вторичной цепью, устанавливается напряжение, пропорциональное числу его витков. Ток вторичной цепи I2 проходит по участку ах, а ток первичной I1 – по всей обмотке АХ. При подключении нагрузки RН на часть обмотки АХ токи I1 и I2 имеют встречное направление, и поэтому по обмотке АХ будет проходить разность токов Iax = I1 – I2. Это позволяет выполнить обмотку АХ проводом меньшего сечения.

Автотрансформатор, изображенный на рис. а, — понижающий, так как W1 > W2. Если на обмотку ах подать входное напряжение, он станет повышающим, так как W2 < W1 . Автотрансформатор с изменяющимся коэффициентом трансформации может плавно регулировать напряжение от 0 до 1,1 Uвx.

В трехфазных автотрансформаторах обмотки обычно соединяются звездой и имеют вывод на нейтральную точку (рис. в).

Устройство автотрансформатора: а — понижающего, б — схема, в — трехфазного
Рис. 1 Устройство автотрансформатора: а — понижающего, б — схема, в — трехфазного

В автотрансформаторе напряжение и ток в первичной и вторичной обмотках связаны такими же соотношениями, как и в трансформаторах, т.е. U2 /U1 = W2/W1 = K, где U2 и U1 – напряжения во вторичной и первичной обмотках; W2 и W1 – число витков в соответствующих обмотках; К – коэффициент трансформации.

 
автотрансформаторМощность, получаемая во вторичной обмотке (мощность автотрансформатора), будет P2 = Pат = U2I2.

В случае понижающего трансформатора I = I2 – I1 или I2 = I + I1.

Поэтому Рат = U2I2 = U2(I + I1) = U2I + U2I1.

Отсюда следует, что Рат состоит из двух слагаемых: мощности Рт = U2I, предаваемой на вторичную обмотку за счет трансформаторной (магнитной) связи между обеими цепями; мощности Рэ = U2I1, передаваемой из первичной обмотки во вторичную за счет одновременной электрической связи между обмотками.

автотрансформаторМощность Рт является той мощностью, на которую нужно рассчитывать автотрансформатор:

для понижающего Рт = Рат(1 – К),

для повышающего Рт = Рат(1 – 1/К).

Площадь поперечного сечения сердечника S = 1,2√Pт.

Число витков обмотки, приходящееся на 1 В напряжения, W0 = 45000/BH, где Н – магнитная индукция сердечника; В – намагничивающая сила.

Число витков каждой из обмоток W1 = WU1; 2 = WU2.

Обмотка автотрансформатора при длительной работе не должна нагреваться выше 65 градусов С. Во избежание этого плотность тока в проводе не должна превышать 2…2,2 А/1 мм² его сечения.

Диаметр провода вычисляется по формуле d = 0,8√I, где d – диаметр провода обмотки, мм; I – ток в соответствующей обмотке, А.

Ток, потребляемый автотрансформатором из сети, I1 = Рат/U1, ток нагрузки I2 = Рат/U2.

electricalschool.info 

6.1.4. Расчет параметров автотрансформатора

Задача 3. Автотрансформатор, схема которого изображена на рис. 6.1, включен в сеть с напряжением U₁=220 В. Напряжение на вторичных зажимах U₂=180 В, ток нагрузки I₂=10 А. Обмотка имеет ω₁=500 витков. Определить площадь поперечного сечения провода, из которого сделана обмотка, если максимально допустимая плотность тока равна 2,5 А/мм².

Решение. Коэффициент трансформации

.

Ток, потребляемый из сети,

.

Число витков, к которым присоединена нагрузка,

.

Ток, который течет по этим виткам,

.

В верхней части обмотки содержится виток, сечение провода мм².

Сечение провода остальной части обмотки (409 витков) мм².

Если при прочих равных условиях изготовить не автотрансформатор, а трансформатор, то первичная обмотка из 500 витков имела бы сечение S₁=3,272 мм², а вторичная из 409 витков мм².

Таким образом, автотрансформаторная схема позволяет сэкономить значительное количество меди при изготовлении обмоток.

6.1.5. Расчет параметров электрической цепи с измерительными трансформаторами

Задача 4. Схема включения измерительных приборов через трансформаторы напряжения 3000/100 В и тока 100/5 А дана на рис. 6.2. Показания приборов оказались следующими: вольтметра U₂=80 В, амперметра I₂=4 А, ваттметра Р₂=256 Вт.

Условие 1. Определить в первичной сети: напряжение U₁, ток I₁, мощность Р₁, расход энергии W₁ за 8 ч. работы и показание счетчика W₂ за то же время.

Анализ и решение

Коэффициенты трансформации трансформатора напряжения , трансформатора тока .

При заданных показаниях измерительных приборов ; . Мощность в первичной цепи .

Показание ваттметра . Пренебрегая угловой погрешностью и считая , получаем кВт. Расход энергии за 8 ч работы кВт×ч. Показание счетчика

Вт×ч.

Условие 2. Полное сопротивление вторичной цепи трансформатора тока (вторичной обмотки и токовых катушек измерительных приборов) 3 Ом. Определить э.д.с. в первичной и вторичной обмотках трансформатора тока. Определить также э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора тока, если эту обмотку разомкнуть.

Анализ и решение

При замкнутой вторичной обмотке э.д.с. в ней В. Коэффициент трансформации

.

Следовательно, э.д.с. в первичной обмотке

В.

Трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к короткому замыканию. Напряжение на выводах вторичной обмотки близко к нулю. При разомкнутой вторичной обмотке ток в ней, размагничивающий трансформатор, становится равным нулю, а намагничивающий ток А остается прежним. Поэтому магнитный поток, а следовательно, э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора увеличатся примерно в k_i раз, т.е. В. Отсюда следует, что вторичную обмотку трансформатора тока нельзя размыкать в процессе работы; она должна быть замкнута либо накоротко, либо на малое сопротивление токовых катушек измерительных приборов.

6.2. Практическое занятие №2. Самостоятельная работа студента

В процессе выполнения самостоятельной работы студент должен решить все нижеприведенные задачи (или один из вариантов) используя лекционный материал, примеры расчета и анализа задач, рассмотренных на практическом занятии №1.

Автотрансформатор

— Расчеты, Строительство

7 февраля 2013 Автор: admin

Автотрансформаторы — однообмоточные трансформаторы. Они используют одну и ту же обмотку как для первичной, так и для вторичной обмотки. Первичная обмотка на изображении ниже находится между точками B и N и на нее подается напряжение 120 вольт. Если посчитать витки провода между точками B и N, можно увидеть, что витков провода 120. Теперь предположим, что селекторный переключатель установлен в положение D. Теперь нагрузка подключена между точками D и N. Вторичная обмотка этого трансформатора состоит из 40 витков провода. Если необходимо рассчитать величину напряжения, подаваемого на нагрузку, можно использовать следующую формулу:

Поворотный переключатель
Автотрансформаторы имеют только одну обмотку как для первичной, так и для вторичной обмотки. Величину тока во вторичной цепи можно рассчитать по формуле:

Первичный ток можно рассчитать по той же формуле, которая использовалась для расчета первичного тока для трансформатора с изоляцией. :

Количество входной и выходной мощности для автотрансформатора должно совпадать , как и в развязывающем трансформаторе:

Теперь предположим, что поворотный переключатель подключен к точке A. Теперь нагрузка подключена до 160 витков провода. Напряжение на нагрузке можно рассчитать по формуле:

Обратите внимание, что автотрансформатор, как и разделительный трансформатор, может быть либо повышающим, либо понижающим трансформатором.

Если бы поворотный переключатель, показанный выше, был убран и заменен скользящим отводом, который имел прямой контакт с обмоткой трансформатора, соотношение витков можно было бы регулировать плавно. Этот тип трансформатора обычно описывается как Variac или Power-stat в зависимости от поставщика. Ниже показан сменный автотрансформатор в разрезе. Обмотки намотаны вокруг тороидальной обмотки в центре пластикового корпуса. Верхние части обмоток были отшлифованы, чтобы обеспечить коллектор. Угольная щетка соприкасается с обмотками.

Автотрансформаторы часто используются энергетическими компаниями для небольшого увеличения или уменьшения сетевого напряжения. Они помогают предложить закон напряжения для больших линий электропередач. У автотрансформатора есть один недостаток. Поскольку нагрузка подключена к одной стороне линии электропередачи, нет изоляции линии между входной мощностью и нагрузкой. Это может вызвать проблемы с определенными типами оборудования и должно учитываться при создании системы питания.

Рубрики: Трансформаторы С тегами: автотрансформатор, расчеты автотрансформатора, ток автотрансформатора, определение автотрансформатора, конструкция автотрансформатора, теория автотрансформатора, напряжение автотрансформатора, автотрансформаторы, расчет тока автотрансформатора, автотрансформатор -обмотка-расчет, автотрансформатор, автотрансформатор 3 фазы, расчеты автотрансформатора, теория автотрансформатора, коэффициент трансформации автотрансформатора, конструкция автотрансформатора, автотрансформаторы, внутритрансформатор, понижающий автотрансформатор, понижающий автотрансформатор-формула

Как работает автотрансформатор — Как сделать

Автотрансформатор представляет собой электрический трансформатор, состоящий только из одной непрерывной неизолированной обмотки с ответвленными клеммами в различных точках обмотки. Участок обмотки между ответвлениями, которые соответствуют сети переменного тока, используется с сетью переменного тока, а остальные ответвления используются для получения желаемых выходных напряжений в соответствии с коэффициентами их обмотки.

Эти выходные напряжения могут находиться в диапазоне от уровней выше, чем входное питание, и ниже, чем входная сеть переменного тока, в зависимости от коэффициента трансформации обмотки в соответствующих точках ответвления..

Слово «авто» происходит от греческого термина «я», который относится к функционированию одиночной обмотки через весь трансформатор без участия какого-либо автоматического механизма.

В автотрансформаторе ответвления одной непрерывной обмотки выполняют функции как первичной, так и вторичной обмотки трансформатора.

Содержание

Различие между автотрансформатором и понижающим трансформатором

Как правило, в любом стандартном понижающем трансформаторе мы находим две совершенно отдельные обмотки в виде первичной и вторичной обмотки, которые электрически изолированы, но магнитно связаны друг к другу, как показано ниже.

Здесь соотношение витков первичной и вторичной обмотки определяет величину передачи напряжения и тока между двумя обмотками за счет магнитной индукции.

Это означает, что если предположить, что первичная обмотка имеет в 10 раз больше витков, чем вторичная, то переменный ток 220 В, подаваемый на первичную обмотку, вызовет уменьшение напряжения на вторичной обмотке в 10 раз, равное 220 В/10 = 22 V.

Аналогичным образом, если на вторичную обмотку подается переменное напряжение 22 В, на первичной стороне будет генерироваться повышенное напряжение 220 В.

В отличие от этого, в автотрансформаторе есть одна непрерывная обмотка, разделенная на различные ответвления напряжения, которые определяют различные уровни напряжения во всей обмотке, как показано ниже.

Все эти ответвления не имеют гальванической развязки, но могут получать магнитное питание, как и наш стандартный трансформатор, что обеспечивает пропорциональное распределение напряжения и тока между секциями в зависимости от соотношений витков между ответвлениями.

Как сделать автотрансформатор

Автотрансформатор можно построить, используя те же расчеты, что и для обычного понижающего трансформатора, за исключением вторичной обмотки.

На самом деле сделать автотрансформатор намного проще, чем стандартный трансформатор, так как здесь мы можем исключить вторичную боковую обмотку и использовать одну первичную непрерывную обмотку на 300 В или 400 В.

Таким образом, выполните все шаги, описанные в следующей статье, просто пропустите расчеты вторичной стороны и выполните расчеты только первичной стороны 220 В.

Детали обмотки

Используйте 400 В для первичного напряжения и 1 ампер для тока. После намотки вы можете прикрепить отводы через различные интервалы обмотки для получения желаемого повышенного или пониженного напряжения.

Преимущества и недостатки автотрансформатора

В обмотке автотрансформатора обычно имеется как минимум 3 ответвления, электрически соединенных в качестве выходов.

В связи с тем, что одна обмотка работает как первичная, так и вторичная, автотрансформаторы имеют больше преимуществ, поскольку они меньше по размеру, легче по весу и более доступны по цене, чем обычные понижающие трансформаторы с двойной обмоткой.

Однако недостатком автотрансформатора является то, что ни один из его выводов обмотки не изолирован от сети переменного тока и может привести к смертельному поражению электрическим током при прикосновении во включенном состоянии.

Среди других преимуществ автотрансформаторов — уменьшенное реактивное сопротивление рассеяния, уменьшенные потери, меньший ток возбуждения и повышенная номинальная мощность ВА для любых существующих размеров и объемов.

Приложение

Хорошим примером применения автотрансформатора является туристический преобразователь напряжения, который позволяет путешественнику подключать приборы на 230 В к источникам питания на 120 В или наоборот.

Автотрансформатор с несколькими выходными ответвлениями можно использовать для адаптации напряжения на конце расширенной распределительной цепи, чтобы противостоять любому избыточному падению напряжения. Эту же ситуацию можно было автоматически контролировать с помощью электронной схемы переключения.

Обычно это реализуется с помощью АРН или автоматического регулятора напряжения, который автоматически переключает различные ответвления автотрансформатора через реле или симисторы для компенсации выходного сигнала в ответ на изменения сетевого напряжения.

Как это работает

Как обсуждалось выше, автотрансформатор включает только одну обмотку с двумя концевыми выводами.

Между точками ответвления может быть одна или несколько клемм для получения ступенчатого повышения/понижения напряжения на точках ответвления. В автотрансформаторе первичная (входная) и вторичная (выходная) секции катушек имеют общие витки.

Эта часть обмотки, совместно используемая двумя первичными и вторичными обмотками, обычно известна как «Общая секция».

Принимая во внимание, что часть обмотки, отходящая от этой «общей секции» или секции, которая не является общей для первичной и вторичной частей, обычно называется «последовательной секцией».

Первичное (входное) напряжение питания подключается к двум соответствующим клеммам, номинал или спецификация которых соответствует диапазону входного питания.

Вторичное (выходное) напряжение получают от пары клемм или отводов, одна конкретная клемма среди которых обычно является общей, как для входной, так и для выходной клеммы напряжения.

В автотрансформаторе, поскольку вся отдельная обмотка имеет одинаковые характеристики, его вольт на виток также одинаково во всех точках ответвления. Это означает, что напряжение, индуцированное на каждой из секций отвода, будет пропорционально количеству витков.

Из-за магнитной индукции в обмотке и сердечнике напряжение и ток будут пропорционально добавляться или вычитаться из обмотки в зависимости от количества витков.

Например, нижние точки ответвления будут показывать пониженное напряжение и повышенный ток по отношению к общей линии заземления, а верхние точки отвода будут показывать более высокое напряжение и меньший ток по отношению к общей линии заземления.

Самый верхний ответвитель в последовательной секции будет показывать напряжение, превышающее входное напряжение питания.

Однако передача входной и выходной мощности будет одинаковой. Это означает, что произведение напряжения и тока или V x I всегда будет равным для входной и выходной секций.

Как рассчитать напряжение и витки

Поскольку параметры напряжения, тока и числа витков пропорциональны по своей природе, формула для расчета силы тока, напряжения и числа витков определяется простой универсальной формулой, приведенной ниже:

N1/N2 = V1/V2 = I1/I2

Давайте рассмотрим следующий пример. Необходимо иметь на руках как минимум два параметра, чтобы определить остальные параметры при расчете автотрансформатора.

Здесь у нас есть количество витков и напряжение на первичной или входной стороне автотрансформатора, но мы не знаем параметры на стороне выхода или на стороне нагрузки.

Теперь предположим, что мы хотим, чтобы отвод N7 на стороне выхода производил 300 В переменного тока через входное напряжение 220 В переменного тока. Следовательно, мы можем вычислить следующим простым способом:

N1/N7 = V1/V7

500/N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 виток.

Это означает, что если обмотка N7 имеет 681 виток, она будет производить необходимые 300 В при подаче на вход 220 В переменного тока.

Аналогичным образом, если мы хотим, чтобы обмотка N2 генерировала напряжение, скажем, 24 В, то количество витков этого участка ответвления можно рассчитать по той же формуле:

N1/N2 = V1/V2

500/ N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24 / 220 = 55 витков

Как рассчитать номинальный ток

боковая обмотка 220 В. Допустим, это 2 ампера, тогда ток через обмотку N7 можно рассчитать, используя следующую базовую формулу мощности: 2/300 = 440/300 = 1,46 ампер.

Это показывает, что в автотрансформаторе или трансформаторе любого типа выходная мощность в идеале почти равна входной мощности.

Как преобразовать обычный трансформатор в автотрансформатор

Как обсуждалось в предыдущих параграфах этой статьи, обычный трансформатор включает в себя две отдельные обмотки, которые электрически изолированы, образуя соответствующие первичную и вторичную обмотки.