Вопрос 31. Автотрансформатор. Назначение, устройство, принцип действия. Мощности автотрансформатора. Достоинства и недостатки.

Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь, поэтому мощность с первичной обмотки во вторичную передается не только по магнитопроводу, но и через электрическую связь. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Регулировка напряжения в автотрансформаторах осуществляется как переключателями, изменяющими вводимое число витков во вторичной цепи, так и посредством скользящего контакта, перемещающегося непосредственно по виткам обмотки. Предназначен для поддержания в ручном режиме номинального напряжения на нагрузке.

Мощность, передаваемая первичной обмоткой во вторичную цепь автотрансформатора, будет равна:

S = I2 U2

Учитывая, что I2 = I1 + I12, ее можно записать в виде:

Здесь U2 I1 = SЭ , есть мощность, поступающая во вторичную цепь электрическим путем, U2 I12 = Sм – мощность, поступающая во вторичную цепь посредством магнитного потока.

Следовательно, в автотрансформаторе посредством магнитного потока передается только часть мощности, что дает возможность уменьшить поперечное сечение магнитопровода. Магнитные потери при этом также уменьшаются. При меньшем поперечном сечении магнитопровода уменьшается средняя длина витка обмотки, следовательно, вновь уменьшается расход обмоточной меди и снижаются электрические потери.

Преимущества автотрансформаторов

1. Меньший расход меди, стали, а также изоляционных материалов и меньшая стоимость по сравнению с трансформаторами той же мощности.

2. Меньшая масса и габариты позволяют создавать трансформаторы больших мощностей.

3. Автотрансформаторы имеют меньшие потери и больший КПД.

4. Имеют лучшие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов

1. Необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ.

2. Сложность регулирования напряжения.

3. Опасность перехода атмосферных перенапряжений с одной обмотки на другую из-за электрической связи обмоток.

Вопрос 32. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения: с подвижным сердечником, с дополнительными магнитными шунтами. Назначение, устройство, принцип действия.

Трансформатор с подвижным сердечником. Принцип работы такого трансформатора показан на рисунке. Первичная обмотка выполнена в виде двух катушек, уложенных в кольцевые выемки магнитопровода. Вторичная обмотка намотана на подвижной части сердечника, который расположен внутри неподвижной части магнитопровода. Магнитные потоки, создаваемые катушками первичной обмотки, направлены встречно друг другу. Поэтому при среднем положении сердечника они компенсируют друг друга и ЭДС вторичной обмотки и, следовательно, U2 равны нулю. При смещении подвижного сердечника влево или вправо по нему начинает проходить магнитный поток и наводиться ЭДС вторичной обмотки.

Таким образом, изменяя положение подвижного сердечника, можно регулировать вторичное напряжение U2.

Трансформатор с дополнительными магнитными шунтами. Принцип действия такого трансформатора основан на управлении основным магнитным потоком с помощью магнитных шунтов (дополнительных стержней магнитопровода с обмотками). Когда ток подмагничивающей обмотки Iш равен нулю, основной магнитный поток Ф₀ будет замыкаться как по магнитному шунту, так и по основному стержню, на ктором расположена вторичная обмотка. Причем большая часть магнитного потока пойдет по магнитному шунту. Напряжение вторичной обмотки будет минимально. При увеличении Iш будет вырастать магнитный поток и, следовательно, его магнитное сопротивление шунта. Поэтому магнитный поток, принизывающий вторичную обмотку, а значит, и U2 будут возрастать. Таким образом управляя Iш изменяем вторичное напряжение U2.

Принцип работы трансформатора: этапы работы

Содержание

• 1 Принцип работы трансформатора тока
• 2 Основы теории трансформатора
• 3 Конструктивные части трансформатора
• 4 Принцип работы трансформатора
• 5 Работа однофазного трансформатора
• 6 Принцип работы автотрансформатора
• 7 Работа гидротрансформатора

Трансформатор – это регулирующее устройство, которое достаточно часто используется для того, чтобы повысить эффективность многих устройств. Эти устройства могут использоваться для повышения и понижения напряжения в сети. В этой статье вы узнаете принцип работу трансформатора тока.

Принцип работы трансформатора тока

Измерительные трансформаторы имеют достаточно простой принцип работы. Его работа подчиняется закону про электромагнитную индукцию. Если разобраться более детально, то взаимная индукция будет отвечать за действие преобразования напряжения. В соответствии с этим законом Фарадей гласит: «скорость изменения потокосцепления будет пропорциональной наведенной ЭДС в проводнике».

Основы теории трансформатора

Представьте, что у вас есть трансформатор с одной обмоткой, которая соединяется с электрическим током. Переменный ток будет производить меняющийся поток, который окружает катушку. Определенная ее часть может соединяться в том случае, если переменный ток постоянно будет проходить через обмотку. Этот поток может постоянно меняться в своем направлении.

Следуя из закона Фарадея у нас должно быть ЭДС, которое будет производить индукцию раз в секунду. Если в последней обмотке цепь будет закрыта, тогда через нее пройдет ток. Этот принцип работы трансформатора считается простейшим. Тороидальный трансформатор имеет немного другой принцип работы.

Когда вы будете использовать движение переменного тока к электрической катушке, поток энергии будет ее окружать. Поток будет неравномерным, а его скорость может изменяться. Это понятие считается фундаментальным в работе трансформатора. Обмотка, которую он содержит, будет принимать электрическую мощность от источника. Она дает выходное напряжение благодаря взаимной индукции.

Конструктивные части трансформатора

На сегодняшний день устройство трансформатора включает в себя три основные части, к которым относят:

• Первичную обмотку. Когда подключается к источнику, она будет производить магнитный поток.
• Магнитный сердечник. Магнитный поток будет создан в замкнутую цепь.
• Вторичная обмотка. Ее необходимо наматывать на сердечник.

Это три основные части, из которых будет состоять силовой трансформатор.

Принцип работы трансформатора

Электрический силовой трансформатор является статистическим устройством. Принцип работы сварочного трансформатора заключается в том, что он будет преобразовывать энергию от схемы одного устройства к другому. Этот процесс проходит благодаря индукции между обмотками. Преобразование энергии будет происходить на основе изменения частоты. Он может работать в разных уровнях напряжения.

Работа однофазного трансформатора

Принцип работы однофазного трансформатора на сегодняшний день ничем не отличается от других устройств. Когда ток будет проходить по первичной обмотке, то будет создано магнитное поле. У него имеются мощные силовые линии. Первичную катушку они будут пронизывать полностью. Все линии являются замкнутыми между вокруг проводников катушек.

Закон про магнитную связь гласит о том, чем ближе расположены объекты, тем сильнее будет их связь. Вам следует знать, что в однофазном трансформаторе сила магнитного поля будет зависеть от напряжения.

Именно поэтому скачки напряжения могут снизить силу МП. При соединении концов обмотки устройство начнет снабжаться электрическим током.

Принцип работы автотрансформатора

Здесь мы рассмотрим принцип работы автотрансформатора. Эти устройства можно отнести к трансформаторам, которые имеют специальное использование. Обмотки в этом устройстве связаны между собою не только магнитным полем, но и гальваническим.

При переключении обмоток можно получить как высокое, так и низкое напряжение. Переменное магнитное поле возникает в момент подключения переменного тока к сердечнику. Благодаря устройству сердечника небольшое напряжение способно создавать сильное МП. Автотрансформаторы довольно часто используют в областях, где существует незначительное изменение напряжения.

На сегодняшний день существуют также узкоспециализированные лабораторные трансформаторы. Они имеют другой принцип работы трансформатора.

Их обмотка должна выполняться из ферромагнитного материала. Она сводит резонансное движение к минимуму. К основным его отличиям относят:

1. Кроме ферромагнетика используют медный провод.
2. Он имеет низкие допустимые параметры.
3. В нем работает система строчного ролика.

Эти трансформаторы также могут иметь недостатки, к которым относят:

• Все цепи нужно изолировать, так как они имеют сильную связь.
• Его нельзя использовать для защиты в мощных цепях.
• Ремонт стоит достаточно дорого.

Работа гидротрансформатора

Наверное, каждый водитель бульдозера знает принцип работы гидротрансформатора. На самом деле прибор является муфтой, которая вращается два раза. Устанавливать его необходимо между двигателем. Это необходимо чтобы получить вращательное движение. Механизм напоминает бублик, но у него достаточно сложная конструкция:

• По краям находятся специальные насосы. Передний прибор будет передавать жидкость на турбинное колесо.
• Переднее колесо необходимо соединить с главным валом. Благодаря этому он будет передавать жидкость по механизму.

Вам будет интересно: типы трансформаторов тока.

Принцип работы автотрансформатора

— руководство по электрике

Принцип работы и конструкция автотрансформатора аналогичны обычным двухобмоточным трансформаторам. Однако он отличается тем, как взаимосвязаны первичное и вторичное.
 
В двухобмоточном трансформаторе первичная и вторичная обмотки только магнитно связаны общим сердечником, но полностью изолированы друг от друга. Но в случае автотрансформатора обмотки соединены как электрически, так и магнитно.
 
Состоит только из одной обмотки, намотанной на ламинированный магнитопровод, с вращающимся подвижным контактом. Один и тот же автотрансформатор может использоваться как понижающий или повышающий трансформатор.
 

Принципиальная схема автотрансформатора представлена ​​на рис. Когда однофазное питание переменного тока подключено между клеммами A и D, а выход снимается с клемм C и E, этот автотрансформатор будет работать как понижающий трансформатор.
 
Поскольку количество витков в обмотке между клеммами A и D (т. е. первичной обмоткой) больше, чем количество витков в обмотке между клеммами C и E (т. е. вторичной обмоткой).
 
С другой стороны, когда однофазное питание переменного тока подключено между клеммами B и D, а выход снимается с клемм C и E, тот же автотрансформатор будет работать как повышающий трансформатор.
 
Поскольку количество витков в обмотке между выводами B и D (т. е. первичной обмоткой) меньше, чем количество витков в обмотке между выводами C и E (т. е. вторичной обмотки). Мы можем вносить небольшие изменения в выходное напряжение, беря выходное напряжение с разных выводов автотрансформатора.
 

 
Ток на участке обмотки автотрансформатора, который является общим для обеих обмоток (CD), минимален ( I ₁ – I
2 8). Следовательно, площадь поперечного сечения этого провода обмотки минимальна.

Электрически преобразованная энергия в автотрансформаторе

В автотрансформаторе энергия преобразуется в нагрузку двумя способами: электрическим и магнитным (или индуктивным). Можно доказать, что
 
индуктивно преобразованная мощность = входная мощность (1 − K)
 
и электрически преобразованная мощность = K × входная мощность

Экономия меди в автотрансформаторе

Очевидно, что вес меди, необходимой для автотрансформатора, будет меньше чем у обычного двухобмоточного трансформатора. Математически можно доказать, что вес меди, необходимой для автотрансформатора (W _a ), будет:0028

∴ Экономия = W _O — W _A
= W _O — (1 — K) W _O = KW _O

∴ Экономия = K × W _O

∴ Saving = K × W _O

∴ × W _O

∴. W _a = вес Cu в автотрансформаторе,
W _o = вес Cu в обычном трансформаторе,
K = коэффициент трансформации.
 
Понятно, что сбережения будут увеличиваться по мере того, как K приближается к единице.

Преимущества | Недостатки | Применение автотрансформатора

Преимущества автотрансформатора

• Можно получить постоянно изменяющееся напряжение.
• Требуется меньше меди, и он более эффективен, чем двухобмоточный трансформатор того же номинала.

Недостатки автотрансформатора
При обрыве (обрыве) обмотки (СЕ) действие трансформатора теряется и на выходе появляется полное первичное напряжение. Это может быть вредно для нагрузки, когда мы используем автотрансформатор в качестве понижающего трансформатора. Вот почему автотрансформатор используется только для небольших изменений выходного напряжения при использовании в качестве понижающего трансформатора.
 
Еще один существенный недостаток автотрансформатора заключается в том, что вторичная обмотка электрически не изолирована от первичной. Когда мы используем его в качестве понижающего трансформатора, вторичная обмотка может привести к сильному поражению электрическим током, даже если она создает очень маленькое напряжение (скажем, 25 В). Потому что он электрически не изолирован от сети (т.е. подключен к сети).
 
Чтобы лучше понять эти концепции, предположим, что мы хотим получить питание 30 В переменного тока от сети 220 В. Мы можем получить питание 30 В переменного тока, используя понижающий трансформатор 220/30 В или автотрансформатор 220/30 В.
Но последнего варианта обычно избегают, потому что:

• Экономия меди будет очень небольшой.
• При возникновении какой-либо неисправности на клеммах вторичной обмотки появится напряжение 220 В, что приведет к выходу из строя устройств, подключенных к вторичной обмотке.
• Когда наша система работает правильно, т. е. подает питание 30 В, даже если кто-либо прикоснется к клемме вторичной обмотки трансформатора (30 В), в некоторых ситуациях может получить сильный удар электрическим током, потому что он не изолирован от сети.

В то время как, когда мы используем понижающий трансформатор, мы можем легко коснуться клеммы вторичной обмотки рабочего трансформатора, потому что его уровень напряжения очень низкий (30 В), а его первичная и вторичная обмотки полностью электрически изолированы друг от друга. То есть между первичной и вторичной обмотками нет электрической связи. Мощность передается от одного контура ко второму только магнитным потоком.
Применение автотрансформатора
Автотрансформаторы используются

• в качестве стартеров для асинхронных двигателей и синхронных двигателей, известных как автотрансформаторные пускатели.
• в лабораториях для получения непрерывно изменяющегося напряжения.
• в стабилизаторах напряжения в качестве регулирующих трансформаторов.
• в качестве пускового трансформатора для повышения напряжения в фидерах переменного тока.

 
Спасибо, что прочитали о принципе работы автотрансформатора.
 

Трансформатор | Все сообщения

 

• Принцип работы однофазного трансформатора
• Идеальный Трансформер
• Строительство трехфазного трансформатора
• Типы трансформаторов
• Эквивалентное сопротивление и реактивное сопротивление трансформатора
• Эквивалентная схема однофазного трансформатора
• Потери мощности в трансформаторе
• Испытание однофазного трансформатора на разомкнутую цепь
• Испытание на короткое замыкание однофазного трансформатора
• КПД трансформатора
• Регламент трансформатора
• Автотрансформатор
• Приборные трансформаторы
• Полярность обмоток трансформатора
• Значение векторной группы трансформатора
• Строительство реле Бухгольца | Рабочий
• Почему нельзя открывать вторичную обмотку трансформатора тока
• Испытание на диэлектрическую прочность трансформаторного масла
• Процесс удаления влаги из трансформатора

© https://yourelectricalguide. com/ принцип работы автотрансформатора pdf.

Автотрансформатор: работа, преимущества, недостатки | Электротехническая Академия

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

Автотрансформатор Определение

Автотрансформатор имеет одну обмотку на железном сердечнике. Один из выводов катушки является общим как для входа, так и для выхода, а другой выходной вывод является подвижным, так что он может соприкасаться с любым витком обмотки.

Повышающий/понижающий автотрансформатор

Автотрансформатор может использоваться как повышающий или понижающий трансформатор. В качестве повышающего его часто называют повышающим, а в качестве понижающего — понижающим соединением. На рис. 1 показано схематическое изображение понижающего соединения, а на рис. 2 — повышающего.

Принцип работы автотрансформатора

Автотрансформатор выполняет функцию, аналогичную функции обычного трансформатора, повышая или понижая напряжение. Он состоит из одной непрерывной обмотки с отводом, выведенным в какой-то промежуточной точке, как показано на рис.1. Поскольку первичная и вторичная обмотки автотрансформатора физически связаны, напряжение питания и выходное напряжение не изолированы друг от друга.

Рис.1: Схема автотрансформатора

            Когда к первичной обмотке автотрансформатора приложено напряжение V ₁ , наведенные напряжения связаны соотношением

\[\begin{matrix}   \frac{{{E} _{1}}}{{{E}_{2}}}=\frac{{{E}_{ac}}}{{{E}_{bc}}}=\frac{{{N} _{1}}}{{{N}_{2}}}=a & {} & \left( 1 \right)  \\\end{matrix}\]

Без учета падения напряжения в обмотках

\ [\begin{matrix}   \frac{{{V}_{1}}}{{{V}_{2}}}=a & {} & \left( 2 \right)  \\\end{matrix} \]

При подключении нагрузки к вторичной обмотке автотрансформатора ток I ₂ протекает в направлении, показанном на рис.1. По действующему закону Кирхгофа

\[\begin{matrix}   {{I}_{2}}={{I}_{1}}+\text{ }{{I}_{3}} & {} & \left( 3 \right)  \\\end{matrix}\]

            Как и в обычном трансформаторе, первичные и вторичные ампер-витки уравновешивают друг друга, за исключением небольшого тока, необходимого для намагничивания сердечника:

\[ \begin{matrix}   {{N}_{1}}{{I}_{1}}={{N}_{2}}{{I}_{2}} & {} & (4)  \ \\конец{матрица}\]

Уравнение 4 также может быть записано как

\[\begin{matrix}   \frac{{{I}_{2}}}{{{I}_{2}}}~=\frac{{{N }_{1}}}{{{N}_{2}}}~=a & {} & \left( 5 \right)  \\\end{matrix}\]                                                       

Подставляя уравнение (5) в уравнение (5) (3) коэффициент тока обмотки находится как                                            

\[\begin{matrix}   \frac{{{I}_{3}}}{{{I}_{1}}}~=a- 1 & {} & \left( 6 \right)  \\\end{matrix}\]                                             

В автотрансформаторе полная мощность, передаваемая от первичной обмотки к вторичной, фактически не проходит через всю обмотку. Это означает, что можно передавать большее количество энергии без превышения номинального тока обмоток трансформатора.

\[\begin{matrix}   {{S}_{1}}=\text{ }{{V}_{1}}{{I}_{1}} & {} & \left( 7 \ right)  \\\end{matrix}\]

Аналогично, выходная полная мощность определяется как

                                                                         {2}}{{I}_{2}} & {} & \left( 8 \right)  \\\end{matrix}\]

Однако полная мощность в обмотках трансформатора равна

\[\begin{matrix}   {{S}_{w}}=\text{ }{{V}_{2}}{{I}_{ 3}}=({{V}_{1}}-{{V}_{2}}){{I}_{2}}=\text{ }{{S}_{ind}} & { } & \left( 9 \right)  \\\end{matrix}\]

Эта мощность является составляющей мощности, передаваемой за счет действия трансформатора или за счет электромагнитной индукции.

            Разница (S ₂ –S _w ) между кажущейся выходной мощностью и кажущейся мощностью в обмотках является составляющей выходной мощности, передаваемой за счет электропроводности. Это равно

                                  \[\begin{matrix}   {{S}_{cond}}=\text{ }{{V}_{2}}{{I}_{2}}-\text{ }{{V} _{2}}{{I}_{3}}=\text{ }{{V}_{2}}{{I}_{1~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~}} & {} & \left( 10 \right)  \\\end{matrix}\]

Преимущества автотрансформатора

Обратите внимание, что если коэффициент трансформации трансформатора большой, мощность рейтинг автотрансформатора будет намного больше, чем рейтинг обычного трансформатора. В обычном трансформаторе вся мощность преобразуется, тогда как в автотрансформаторе большая часть мощности проводится при повышенном потенциале. В результате автотрансформатор намного меньше обычного трансформатора того же номинала.

Другими преимуществами автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором являются:

1. Дешевле
2. Более эффективный, т.к. потери остаются теми же, а номинал увеличивается по сравнению с обычным трансформатором
3. Меньший ток возбуждения
4. Лучшее регулирование напряжения

Недостатки автотрансформатора

Некоторые из недостатков автотрансформатора:

1. Больший ток короткого замыкания
2. Нет изоляции между первичной и вторичной обмотками
3. Используется только при небольших изменениях напряжения

Применение автотрансформатора

напряжения (например, 115 кВ и 138 кВ или 138 кВ и 161 кВ)

Они используются для компенсации падения напряжения в длинных фидерных цепях, где важно, чтобы каждое устройство нагрузки получало одинаковое напряжение (например, в цепях освещения аэродрома для обеспечить равномерную интенсивность лампы)

Они обеспечивают регулирование напряжения в лабораторных условиях: когда мы перемещаем скользящий контакт, практически вся катушка может стать последовательной катушкой. Следовательно, вся катушка должна быть рассчитана на максимальный ток.

Они используются для регулировки выходного напряжения трансформатора, чтобы поддерживать постоянное напряжение в системе при изменении нагрузки.

Пример автотрансформатора

Однофазный двухобмоточный трансформатор мощностью 10 кВА, 440/110 В подключен как автотрансформатор для питания нагрузки 550 В от сети 440 В, как показано ниже. Рассчитайте следующее.

1. кВА номинальная мощность автотрансформатора
2. полная мощность, передаваемая за счет проводимости
3. полная мощность, передаваемая за счет электромагнитной индукции

решение

.2. Текущие номиналы обмоток даны как

\текст{ }=\текст{ }90,9\text{ }A  \\   {{I}_{ab}}=10 000/440\text{ }=\text{ }22,7\text{ }A  \\\end{массив}\]

При полном или номинальная нагрузка, токи первичной и вторичной клемм составляют

\[\begin{array}{*{35}{l}}   {{I}_{2}}=\text{ }90,9\text{ }A  \\ {{I}_{1~}}={{I}_{2}}+{{I}_{3}}~=90,9+22,7~=~113,6\text{ }A  \\\end{массив }\]

Следовательно, мощность автотрансформатора в кВА равна

\[\begin{array}{*{35}{l}}   кВ{{A}_{1}}~=\left( 440 \right )\left( 113,6 \right)/1000~=50\text{ }kVA  \\   kV{{A}_{2}}~=\left( 550 \right)\left( 90,9 \right)/1000~=50\text{ }kVA  \\\end{array}\]

Обратите внимание, что этот трансформатор, номинальная мощность которого как обычного двухобмоточного трансформатора составляет всего 10 кВА, рассчитан на 50 кВА как автотрансформатор.