Автотрансформатор определение: устройство, принцип действия, схема, типы

Содержание

Устройство и принцип действия – RozetkaOnline.COM

Автотрансформатор является одной из разновидностей обычного трансформатора напряжения, отличаясь от него своей конструкцией, которая даёт автотрансформаторам ряд весомых преимуществ, делая их просто незаменимыми, например, при производстве стабилизаторов напряжения.

Но давайте обо всё по порядку, в этой статье я подробно расскажу о том, что такое автотрансформатор, зачем он нужен, какая у него конструкция и многое другое.

Автотрансформатор – это устройство для изменения напряжения переменного тока при сохранении его частоты, основанное на эффекте электромагнитной индукции, которое имеет одну общую обмотку на магнитопроводе и не менее трёх выводов от неё.

Если простыми словами, то автотрансформаторы – это разновидность обычных трансформаторов напряжения, в которых есть всего одна обмотка, часть витков которой выполняют функцию первичной обмотки, а часть вторичной.

Для лучшего понимания, давайте рассмотрим устройство наиболее распространенного типа автотрансформаторов.

 

Устройство автотрансформатора

 

Чаще всего стандартный автотрансформатор представляет собой тороидальный магнитопровод – сердечник, сделанный из электротехнической стали в виде кольца, на который намотана медная проволока – называемая обмоткой.

Кроме того, чтобы эта конструкция служила именно автотрансформатором, у неё есть дополнительная «отпайка» – отвод от этой обмотки, всего контактов получается, как минимум три.

Устройство автотрансформатора достаточно наглядно показано на изображении ниже:

В данном примере, вы можете видеть автотрансформатор, к крайним контактам которого подключается источник напряжения переменного тока, к A – фаза, к X – ноль. Все витки проволоки между этими точками считаются первичной обмоткой.

Нагрузка, какой-нибудь электроприбор, которому для работы требуется меньшее напряжение, чем поступает из сети, подключается к выводам a2 и X – витки между этими контактами – это уже вторичная обмотка.

Как видите, у автотрансформатора есть всего одна обмотка, но при этом напряжение, если замерять в различных точках подключения, будет разным, почему оно меняется и как определить насколько (коэффициент трансформации) мы рассмотрим ниже.

 

Обозначение автотрансформатора на схемах

 

Кстати, вы довольно легко на любой схеме определите автотрансформатор и отличите его от обычного трансформатора, чаще всего он обозначается вот так:

Как видите, схематически у автотрансформатора показаны все его основные элементы: прямая линия – это стальной сердечник, с одной стороны которого расположена единственная обмотка – в виде волнистой линии, от которой идёт несколько отводов.

Перепутать с обычным трансформатором не получится, ведь у него на схеме будет как минимум две обмотки по сторонам от сердечника.

Более подробно о принципиальных различиях автотрансформатора и обычного трансформатора напряжения, я расскажу во второй части этой статьи.

 

Принцип работы автотрансформатора

 

А сейчас, для лучшего понимания основного принципа работы автотрансформаторов, рассмотрим процессы, которые в них происходят.

В качестве примера, мы возьмем автотрансформатор, который может как повышать напряжение на выходе, так и уменьшать его, относительно начального. Общее количество витков медного провода у него, для удобства расчетов, равно 20, выглядит он следующим образом:

Как видите, у такой модели, есть уже четыре точки подключения к общей обмотке: A1, a2, a3 и X.

К контактам A1 и N – подключается источник переменного электрического тока, например, питание стандартной городской электросети, с напряжением(U1), в нашем случае это стандартные 220В. Всего между этими точками 18 витков медной проволоки, этот участок спирали обозначен как W1, он считается первичной обмоткой автотрансформатора.

 

Что происходит при подаче напряжения на автотрансформатор

 

При протекании переменного тока по обмотке, в сердечнике (магнитопроводе) автотрансформатора, образуется переменный магнитный поток, который циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику, пронизывая ВСЕ витки обмотки.

Проще говоря, при подключении тока к первичной обмотке – в нашем примере к 18 виткам, магнитный поток протекая по сердечнику пронизывает всю обмотку, все 20 витков. Напряжение же на первичной обмотке (в точках подключения A1 и X) остаётся 220В или, если распределить на каждый виток 220/18 = 12.222… Вольта на каждый.

Теперь, чтобы узнать какое напряжение образуется на всех 20 витках, к точкам a2 и X, подключим нагрузку, какой-нибудь электроприбор – это будет вторичная обмотка автотрансформатора. На схеме условно обозначим нагрузку, некий электроприбор подключеный к этой обмотке, напряжение U2, а число витков между контактами W2 = 20.

 

Зависимость между обмотками у автотрансформатора, выражается следующей формулой:

U1/w1 = U2/w2, где U1 напряжение на первой обмотке, U2 напряжение на второй обмотке, w1 число витков первой обмотки, w2 число витков второй обмотки.

Из этой формулы следует что напряжение на вторичной обмотке изменяется относительно напряжения первичной обмотки, пропорционально разнице витков. В нашем примере на один виток первичной обмотки приходится 12.22.. Вольт, у вторичной же обмотки витков больше на 2, соответственно общее напряжение обмотки выше на 24.44..Вольта.

Это доказывает нехитрый расcчет:

U1/w1 = U2/w2,

220 Вольт/18 Витков=U2/20 Витков,

U2 = 220*20/18 = 244.44В

Автотрансформатор, у которого на вторичной обмотке напряжение увеличивается называется повышающий.

Зная зависимость между обмотками, мы можем вычислить коэффициент трансформации, величину, которая позволяет легко определять, изменение входящих параметров (напряжения, сопротивления, силы тока) на вторичной обмотке.

 

Коэффициент трансформации вычисляется по следующей формуле: U1/U2=w1/w2

 

В нашем случае получается 220/244,44=18/20=0,9

 

Теперь давайте посмотрим, как изменится напряжения на оставшихся контактах.

Подключаем нагрузку к контактам a3 и X нашего автотрансформатора, число витков w3 у этой обмотки равно 16, напряжение обозначим как U3.

Следуя той же формуле, рассчитываем напряжение:

U1/w1 = U3/w3 = 220/18=U3/16, от сюда следует, что U3 =220*16/18 = 195,55.. Вольт, а коэффициент трансформации U1/U3=w1/w3=220/195,55=18/16=1,125 , эта обмотка понижающая.

Автотрансформатор, у которого на вторичной обмотке напряжение уменьшается называется понижающий.

Теперь, зная коэффициенты трансформации на всех выводах автотрансформатора мы легко сможем определять, например, какое будет напряжение на вторичной обмотке, если изменится напряжение источника электрического тока:

Так, например, при напряжении источника переменного тока на первичной обмотке 200В, у этого трансформатора:

– на контактах a2 и X, при коэффициенте трансформации k1=0,9 напряжением будет U2=200В/0,9= 222,22 В

– на контактах a3 и X, при коэффициенте трансформации k2=1,125 напряжение равняется U3=200/1,125=177,77 В

 

ПРАВИЛО: Если коэффициент трансформации k>1 – то трансформатор понижающий, если же k<1, то повышающий.

 

Чаще всего стандартный автотрансформатор имеет большее количество выводов, чем в нашем примере, большее количество ступеней для регулировки входящего напряжения или тока.

Логическим развитием автотрансформаторов, стало появление так называемых РЕГУЛИРУЕМЫХ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ, у которых нет множество дополнительных отпаек с разным коэфициентом трансформации, а количество витков вторичной обмотки, изменяется путем перемещения подвижного контакта по ней – подробнее об этом читайте ТУТ.

 

Изменение силы тока в автотрансформаторе

По силе тока есть простое правило – ток в обмотке более высокого напряжения меньше, чем ток в обмотке с более низким напряжением.

Другими словами, если используется понижающий отвод от первичной обмотки автотрансформатора – то ток на вторичной обмотке будет больше, а напряжение ниже и наоборот, если используется повышающий отвод – то ток на вторичной обмотке будет ниже, а напряжение выше.

Мощности же на обеих обмотках примерно одинаковы, поэтому, согласно закону ОМА:

I1U1 = I2U2, где I1 – ток в первичной обмотке, I2 – ток во вторичной обмотке, U1- напряжение в первичной обмотке, U2 – Напряжение во вторичной обмотке.

Соответственно ток, например, в первичной обмотке рассчитывается так: I1 = U2*I2/U1

Зная, как изменяется ток, можно заранее правильно подобрать кабели питания и защитную автоматику.

Теперь, когда вы знакомы с принципом работы автотрансформатора и знаете его конструкцию, давайте рассмотрим какие они бывают, их назначение и места применения, какие у них плюсы и минусы и чем принципиально отличаются от обычных трансформаторов. Всё это и многое другое читайте во второй части этой статьи. Подписывайтесь на нашу группу вконтакте, следите за выходом новых материалов!

Что такое автотрансформатор?

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. То есть 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.

Трансформаторы и автотрансформаторы: определения и отличия

Работа электрооборудования обеспечивается системой повышающих, понижающих трансформаторов. Приборы «отличаются» рядом характеристик. Бытовые агрегаты рассчитаны на напряжение 110 или 220В, а бытовые – на 380В. Некоторые из представленных устройств снижают или повышают напряжение, другие передают электричество постепенно от подстанции потребителям.

Подобные действия совершают «трансформаторы и автотрансформаторы». Агрегаты характеризуются некоторыми отличиями. Однако подобные аппараты предназначены для поддержания требуемого уровня напряжения в сети. Чтобы научиться правильно, безопасно применять подобное оборудование, нужно рассмотреть их главные отличия.

Основное определение

Чтобы понимать, «чем принципиально отличаются трансформатор и автотрансформатор», нужно рассмотреть их определение.

Трансформатор – электромагнитный прибор статического типа, преобразующий электрический ток переменного значения с определенным показателем напряжения в электроэнергию другого уровня. Прибор способен повышать или понижать этот показатель. Система способна преобразовывать частоту и количество фаз электрического тока. Также рекомендуем ознакомиться с конструкцией и принципами работы трансформатора.

Оборудование включает несколько обмоток. Контуры находятся на сердечнике из специального сплава. Первичная катушка подключается к сети переменного типа. Вторичная катушка или все остальные обмотки соединены с установкой, потребляющей исходящее электричество.

Основным принципом работы прибора является закон Фарадея. При перемещении через обмотку магнитного потока определяется некоторая электродвижущая сила.

При необходимости менять параметры незначительно, разрешается применять «автотрансформатор». Этот агрегат представляет собой систему с двумя обмотками, объединенными в одну катушку. Это обеспечивает возникновение электромагнитной, электрической связи. Подробнее о автотрансформаторе мы писали здесь.

Основные отличия

Существует всего 5 основных отличий трансформатора и автотрансформатора. Их можно кратко перечислить:

  1. В первую очередь оба этих агрегата отличаются «тем», что у них присутствует разное количество обмоток.
  2. Надежность и безопасность автотрансформатора уступает обычному трансформатору.
  3. Автотрансформаторы стоят дешевле.
  4. Трансформатор имеет меньший уровень КПД.
  5. Габариты автотрансформатора меньше.

У трансформаторов, отличающихся количеством обмоток, есть две катушки и более. Второй тип агрегатов обладает одной совмещенной катушкой. Она имеет минимум три выхода для подключения к различным коммуникациям и получения на выходе различных показателей сети.

Автотрансформаторы применяются в сетях с напряжением от 150 кВ и более. Они компактные, удобные и стоят значительно дешевле. Их главным преимуществом является высокий уровень КПД. Однако существенным недостатком является отсутствие между обмотками изоляционного материала. Это понижает безопасность представленных приборов при его эксплуатации и обслуживании. Для промышленных сетей это не столь важно, но для бытового применения подобный факт является существенным недостатком.

Если применять этот прибор в бытовых сетях, при возникновении аварийной ситуации электричество может быть приложено из первичной обмотки к низшему напряжению. Это происходит из-за пробоя изоляции частей, проводящих электричество. Части агрегата будут соединены с высоковольтными частями. Поэтому для бытовых нужд применяют трансформаторы, а в промышленности – автотрансформаторы.

Рассмотрев основные отличия автотрансформаторов и трансформаторов, каждый пользователь сможет правильно применять подобное оборудование в своих целях.

Трансформатор и автотрансформатор отличие

Назначение автотрансформатора

Автотрансформаторы бывают повышающие и понижающие, однофазные и трехфазные. Применяются они для питания бытовых приборов, пуска асинхронных электрических двигателей, в промышленных электрических сетях. В быту автотрансформаторы используют для регулировки напряжения сети, если оно завышено или занижено. В промышленности с их помощью уменьшают пусковые токи электрических двигателей, повышают напряжение в линиях электропередач для уменьшения потерь.

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

У обычного трансформатора первичные и вторичные обмотки электрически не связаны, энергия между ними передается посредством магнитного поля. Автотрансформатор фактически имеет одну обмотку, от которой отходят выводы. Помимо электромагнитной связи, обмотки автотрансформатора связаны электрически.

Устройство автотрансформатора

В простейшем случае, на замкнутом магнитопроводе располагаются две обмотки соединенные последовательно. В зависимости от варианта подключения источника энергии и нагрузки, автотрансформатор может работать как повышающий или как понижающий.

Существует конструкция, в которой реализован механизм ручного регулирования выходного напряжения (Вариак, ЛАТР). Так же применяются блоки автоматической регулировки с обратной связью, по сути, автотрансформатор с таким устройством можно назвать стабилизатором напряжения.

Принцип действия автотрансформатора

В автотрансформаторе энергия передается не только магнитным потоком, но и электрически, так как обмотки имеют гальваническую связь. Чем ближе коэффициент трансформации к 1, тем меньше энергии передается электромагнитным способом.

Ниже вы видите схему понижающего автотрансформатора, к первичной обмотке которого подключен источник переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка, в виде лампы накаливания.

В режиме холостого хода автотрансформатор работает так, как и обычный трансформатор. Когда подключена нагрузка, переменный магнитный поток возникающий в сердечнике индуктирует в витках вторичной обмотки ЭДС, направленную навстречу ЭДС источника энергии. Поэтому ток протекающий по вторичной обмотке равен разнице между током нагрузки и током первичной цепи. Это позволяет вторичную обмотку изготавливать из провода малого диаметра. Экономия на меди, тем меньше, чем больше коэффициент трансформации отличается от единицы.

Автотрансформатор эффективнее трансформатора и дешевле в изготовлении, при условии, что коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы. Существенным недостатком с точки зрения безопасности, является отсутствие гальванической развязки между обмотками.

Назначение автотрансформатора

Автотрансформаторы бывают повышающие и понижающие, однофазные и трехфазные. Применяются они для питания бытовых приборов, пуска асинхронных электрических двигателей, в промышленных электрических сетях. В быту автотрансформаторы используют для регулировки напряжения сети, если оно завышено или занижено. В промышленности с их помощью уменьшают пусковые токи электрических двигателей, повышают напряжение в линиях электропередач для уменьшения потерь.

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

У обычного трансформатора первичные и вторичные обмотки электрически не связаны, энергия между ними передается посредством магнитного поля. Автотрансформатор фактически имеет одну обмотку, от которой отходят выводы. Помимо электромагнитной связи, обмотки автотрансформатора связаны электрически.

Устройство автотрансформатора

В простейшем случае, на замкнутом магнитопроводе располагаются две обмотки соединенные последовательно. В зависимости от варианта подключения источника энергии и нагрузки, автотрансформатор может работать как повышающий или как понижающий.

Существует конструкция, в которой реализован механизм ручного регулирования выходного напряжения (Вариак, ЛАТР). Так же применяются блоки автоматической регулировки с обратной связью, по сути, автотрансформатор с таким устройством можно назвать стабилизатором напряжения.

Принцип действия автотрансформатора

В автотрансформаторе энергия передается не только магнитным потоком, но и электрически, так как обмотки имеют гальваническую связь. Чем ближе коэффициент трансформации к 1, тем меньше энергии передается электромагнитным способом.

Ниже вы видите схему понижающего автотрансформатора, к первичной обмотке которого подключен источник переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка, в виде лампы накаливания.

В режиме холостого хода автотрансформатор работает так, как и обычный трансформатор. Когда подключена нагрузка, переменный магнитный поток возникающий в сердечнике индуктирует в витках вторичной обмотки ЭДС, направленную навстречу ЭДС источника энергии. Поэтому ток протекающий по вторичной обмотке равен разнице между током нагрузки и током первичной цепи. Это позволяет вторичную обмотку изготавливать из провода малого диаметра. Экономия на меди, тем меньше, чем больше коэффициент трансформации отличается от единицы.

Автотрансформатор эффективнее трансформатора и дешевле в изготовлении, при условии, что коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы. Существенным недостатком с точки зрения безопасности, является отсутствие гальванической развязки между обмотками.

Работа электрооборудования обеспечивается системой повышающих, понижающих трансформаторов. Приборы «отличаются» рядом характеристик. Бытовые агрегаты рассчитаны на напряжение 110 или 220В, а бытовые – на 380В. Некоторые из представленных устройств снижают или повышают напряжение, другие передают электричество постепенно от подстанции потребителям.

Подобные действия совершают «трансформаторы и автотрансформаторы». Агрегаты характеризуются некоторыми отличиями. Однако подобные аппараты предназначены для поддержания требуемого уровня напряжения в сети. Чтобы научиться правильно, безопасно применять подобное оборудование, нужно рассмотреть их главные отличия.

Основное определение

Чтобы понимать, «чем принципиально отличаются трансформатор и автотрансформатор», нужно рассмотреть их определение.

Трансформатор – электромагнитный прибор статического типа, преобразующий электрический ток переменного значения с определенным показателем напряжения в электроэнергию другого уровня. Прибор способен повышать или понижать этот показатель. Система способна преобразовывать частоту и количество фаз электрического тока. Также рекомендуем ознакомиться с конструкцией и принципами работы трансформатора.

Оборудование включает несколько обмоток. Контуры находятся на сердечнике из специального сплава. Первичная катушка подключается к сети переменного типа. Вторичная катушка или все остальные обмотки соединены с установкой, потребляющей исходящее электричество.

Основным принципом работы прибора является закон Фарадея. При перемещении через обмотку магнитного потока определяется некоторая электродвижущая сила.

При необходимости менять параметры незначительно, разрешается применять «автотрансформатор». Этот агрегат представляет собой систему с двумя обмотками, объединенными в одну катушку. Это обеспечивает возникновение электромагнитной, электрической связи. Подробнее о автотрансформаторе мы писали здесь.

Основные отличия

Существует всего 5 основных отличий трансформатора и автотрансформатора. Их можно кратко перечислить:

  1. В первую очередь оба этих агрегата отличаются «тем», что у них присутствует разное количество обмоток.
  2. Надежность и безопасность автотрансформатора уступает обычному трансформатору.
  3. Автотрансформаторы стоят дешевле.
  4. Трансформатор имеет меньший уровень КПД.
  5. Габариты автотрансформатора меньше.

У трансформаторов, отличающихся количеством обмоток, есть две катушки и более. Второй тип агрегатов обладает одной совмещенной катушкой. Она имеет минимум три выхода для подключения к различным коммуникациям и получения на выходе различных показателей сети.

Автотрансформаторы применяются в сетях с напряжением от 150 кВ и более. Они компактные, удобные и стоят значительно дешевле. Их главным преимуществом является высокий уровень КПД. Однако существенным недостатком является отсутствие между обмотками изоляционного материала. Это понижает безопасность представленных приборов при его эксплуатации и обслуживании. Для промышленных сетей это не столь важно, но для бытового применения подобный факт является существенным недостатком.

Если применять этот прибор в бытовых сетях, при возникновении аварийной ситуации электричество может быть приложено из первичной обмотки к низшему напряжению. Это происходит из-за пробоя изоляции частей, проводящих электричество. Части агрегата будут соединены с высоковольтными частями. Поэтому для бытовых нужд применяют трансформаторы, а в промышленности – автотрансформаторы.

Рассмотрев основные отличия автотрансформаторов и трансформаторов, каждый пользователь сможет правильно применять подобное оборудование в своих целях.

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.

Измерение характеристик, распределение токов | Параллельная работа автотрансформаторов

Страница 6 из 6

12, НЕКОТОРЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Для выяснения возможности параллельной работы автотрансформаторов или для каких-либо других целей иногда бывает необходимо в условиях эксплуатации производить измерения и определения некоторых основных технических характеристик последних. К числу таких измерений могут относиться:
а)       определение коэффициента трансформации, а когда это необходимо, и определение числа витков обмоток автотрансформатора. Эти измерения производятся так же, как это указано в и для трансформаторов;
б)      измерение потерь холостого хода при малом напряжении для проверки отсутствия витковых замыканий в обмотках автотрансформаторов. Производятся эти измерения так же, как эго указано в и  для трансформаторов. В тех случаях, когда третичная обмотка автотрансформатора (обычно это бывает обмотка НН), соединенная в треугольник, не имеет выводов наружу, измерения следует производить, пользуясь вводами обмоток СН или ВН автотрансформатора. Выбор обмотки для

13. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ МЕЖДУ ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИМИ АВТОТРАНСФОРМАТОРАМИ. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ МОСКОВСКОГО ЭЛЕКТРОЗАВОДА ИМЕНИ В. В. КУЙБЫШЕВА И В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Экспериментальная проверка правильности распределения токов между параллельно работающими автотрансформаторами была проведена на двух и на трех автотрансформаторах малой мощности в условиях испытательной станции трансформаторного производства московского электрозавода имени В.В. Куйбышева, а также на двух мощных трехобмоточных автотрансформаторах в условиях эксплуатации К


Рис. 24. Однолинейная схема параллельного соединения двух повышающих автотрансформаторов АТС - 100/0,5, 220/400 в.
Рассмотрим эти результаты. На испытательной станции московского электрозавода   были произведены различные измерения у двух параллельно соединенных автотрансформаторов


Виды

1-й автотрансформатор

2-й автотрансформатор

Тип

АТС-100/0,5

 

(Автотрансформатор трехфазный сухой мощностью 100 кВА класса напряжения 0,5 кВ)

Заводской номер

850 229 |

, 850 230

Номинальная (проходная) мощность,
кВА             100    100
Номинальное напряжение, в              400/220       400/220
Номинальные токи, а               144/262       144/262
Группа соединения обмоток     Yoa в т о -12         Уоавто-12
Напряжение короткого замыкания, %          3,12   3,12
Ток холостого хода, %             1.22   1,05
Потери холостого хода, Вт ...   300    300
. Данные автотрансформаторов следующие.
Однолинейная схема соединения автотрансформаторов дана на рис. 24, а трехлинейная — на рис. 25.

Рис. 25. Трехлинейная схема параллельного соединения двух повышающих автотрансформаторов типа АТС-100/0,5 при измерениях распределения токов на испытательной станции московского электрозавода.
Как видно из схемы, автотрансформаторы между собой соединены параллельно как па стороне 220 в, так и на стороне 400 в.
Питание автотрансформаторов производилось со стороны 220 в, а на стороне 400 в было подключено трехфазное активное регулируемое сопротивление, соединенное в звезду.
Из схемы рис. 25 видно, что токи измерялись во всех фазах автотрансформаторов как на стороне 400 в, так и на стороне 220 в. Также измерялись пофазно суммарные токи 1\ и /2. Включение амперметров и вольтметров было непосредственное. Приборы применялись класса 0,5. Изменяя величину активных сопротивлений, были созданы три режима нагрузки I, II и III. При этих нагрузках, кроме измерения 18 токов, замерялись междуфазные (линейные) напряжения на стороне 220 и 400 в, а также величины активных фазных сопротивлений нагрузки. Измерения производились при частоте 50 Гц и температуре окружающей среды, равной 22° С. Результаты измерений даны в табл. 11—13.
Таблица 11


Режим нагрузки

Напряжение на стороне

220 в

400 в

1° = 2

4

а—b

b-с

а—с

Среднее

А—В

В—С | л—с

Среднее

 

 

110,5 110,5 110,5

110,5 110,5 110,5

110,0 110,0 110,0

110,3 110,3 110,3

99,0 99,0 99,0

98,8 98,8 98,8

99,2 99,2 99,2

99,0 99,0 99,0

В табл. 11 даны результаты измерений линейных напряжений на стороне НН и ВН, а также средние значения этих величин для режимов I, II и III. Во всех случаях напряжения на а — с со стороны питания автотрансформаторов поддерживалось равным 220 в (110,0-2). Среднее значение напряжения на стороне ВН было равно 396 в (99,0-4).
Таблица 12 дает значения токов во всех фазах двух автотрансформаторов для режимов I, II и III. Также даны суммарные токи как со стороны питания, так и со стороны  нагрузки.

Коэффициент - трансформация - автотрансформатор

Коэффициент - трансформация - автотрансформатор

Cтраница 1

Коэффициент трансформации автотрансформатора измеряют таким же образом, как и коэффициент трансформации трансформатора. Если автотрансформатор снабжен дополнительной обмоткой, соединенной в треугольник, то коэффициент трансформации определяют между двумя парами обмоток для каждой фазы как отношение фазных напряжений.  [1]

Коэффициент трансформации автотрансформатора измеряют таким же образом, как и коэффициент трансформации трансформатора. Если автотрансформатор снабжен дополнительной обмоткой, соединенной в треугольник, то коэффициент трансформации определяется между двумя парами обмоток для каждой фазы как отношение фазных напряжений.  [2]

Коэффициент трансформации автотрансформатора измеряют таким же образом, как и коэффициент трансформации трансформатора. Если автотрансформатор снабжен дополнительной обмоткой, соединенной в треугольник, то коэффициент трансформации определяют между двумя парами обмоток для каждой фазы как отношение фазных напряжений.  [3]

Определить коэффициент трансформации автотрансформатора k, при котором мощность, передаваемая электромагнитным путем, составляет одну десятую часть его номинальной мощности.  [4]

Если коэффициент трансформации автотрансформатора немногим больше единицы, то токи / и / 2 мало отличаются друг друга, а их разность / 2 - 1г составляет небольшую величину.  [5]

С увеличением коэффициента трансформации понижающего автотрансформатора его выгодность снижается.  [7]

Находится величина коэффициента трансформации автотрансформатора па.  [8]

Регулировочные ответвления для изменения коэффициента трансформации автотрансформаторов устраиваются только на обмотках высшего напряжения, что затрудняет получение нужных уровней напряжения в сетях среднего и низшего напряжений. Выбор ответвления может быть сделан по желательному напряжению на шинах низшего или среднего напряжения подстанции. Напряжение ответвления при наличии нагрузки на стороне низшего напряжения приходится делать по желательному уровню напряжения на шинах 6 - 10 кв подстанции.  [10]

Отношение п - wjw представляет собой коэффициент трансформации автотрансформатора.  [11]

Изменение уставок реле производится путем регулировки коэффициента трансформации автотрансформаторов напряжения. Для каждой отпайки автотрансформатора у соответствующего гнезда на его панели нанесена цифра, обозначающая число включенных витков, выраженное в процентах от общего числа витков.  [13]

Сопротивление срабатывания реле гср регулируется изменением коэффициента трансформации автотрансформатора АТН. Для устранения вибрации якоря реле под влиянием переменной составляющей выпрямленных токов предусмотрены конденсаторы Ст и Сн, сглаживающие кривую выпрямленного тока.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Автотрансформатор: что это? (Определение, теория и схема)

Что такое автотрансформатор?

Автотрансформатор (или автотрансформатор ) - это тип электрического трансформатора только с одной обмоткой. Префикс «авто» относится к одиночной катушке, действующей отдельно (по-гречески «я»), а не к какому-либо автоматическому механизму. Автотрансформатор похож на двухобмоточный трансформатор, но отличается тем, как взаимосвязаны первичная и вторичная обмотки трансформатора.

Теория автотрансформатора

В автотрансформаторе одна обмотка используется как первичная, так и вторичная обмотка. Но в трансформаторе с двумя обмотками используются две разные обмотки для первичной и вторичной обмотки. Принципиальная схема автотрансформатора показана ниже.

Обмотка АВ суммарных витков N 1 считается первичной обмоткой. Эта обмотка отводится от точки 'C', а часть BC считается вторичной. Предположим, количество витков между точками 'B' и 'C' равно N 2 .

Если напряжение V 1 приложено к обмотке, то есть между 'A' и 'C'.

Следовательно, напряжение на участке BC обмотки будет составлять

Поскольку участок BC обмотки считается вторичным, можно легко понять, что значение константы 'k' не что иное, как отношение витков или отношение напряжений. из этого автотрансформатора . Когда нагрузка подключается между клеммами вторичной обмотки, то есть между 'B' и 'C', начинает течь ток нагрузки I 2 .Ток во вторичной обмотке или общей обмотке равен разнице между I 2 и I 1 .

Экономия меди в автотрансформаторе

Теперь мы обсудим экономию меди в автотрансформаторе по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором.
Мы знаем, что вес меди любой обмотки зависит от ее длины и площади поперечного сечения. Опять же, длина проводника в обмотке пропорциональна количеству его витков, а площадь поперечного сечения зависит от номинального тока.
Таким образом, масса меди в обмотке прямо пропорциональна произведению количества витков на номинальный ток обмотки.

Следовательно, вес меди в секции AC пропорционален,

и аналогично вес меди в секции BC пропорционален,

Следовательно, общий вес меди в обмотке автотрансформатора пропорционален,

In Аналогичным образом можно доказать, что вес меди в двухобмоточном трансформаторе пропорционален,

N 1 I 1 + N 2 I 2 ⇒ 2N 1 I 1 (Т. в трансформаторе N 1 I 1 = N 2 I 2 )
Предположим, W a и W tw - это масса меди в автотрансформаторе и двухобмоточном трансформаторе соответственно,

∴ Экономия меди в автотрансформаторе по сравнению с двухобмоточным трансформатором,


Автотрансформатор использует только одну обмотку на фазу по сравнению с двумя четко отдельными обмотками в обычном трансформаторе.

Преимущества использования автотрансформатора

Преимущества автотрансформатора включают:

  1. Для коэффициента трансформации = 2 размер автотрансформатора будет примерно 50% от соответствующего размера двухобмоточного трансформатора. Для коэффициента трансформации скажем 20, однако размер будет 95%. Экономия на стоимости материала, конечно, не в той же пропорции. Экономия затрат заметна, когда коэффициент трансформатора низкий, то есть ниже 2.Таким образом автотрансформатор меньше по размеру и дешевле.
  2. Автотрансформатор имеет более высокий КПД, чем двухобмоточный трансформатор. Это связано с меньшими омическими потерями и потерями в сердечнике из-за уменьшения материала трансформатора.
  3. Автотрансформатор имеет лучшее регулирование напряжения, поскольку падение напряжения на сопротивлении и реактивном сопротивлении одиночной обмотки меньше.

Недостатки использования автотрансформатора

К недостаткам автотрансформатора относятся:

  1. Из-за электрической проводимости первичной и вторичной обмоток цепь с более низким напряжением подвержена влиянию более высокого напряжения.Чтобы избежать пробоя в цепи более низкого напряжения, возникает необходимость в проектировании цепи низкого напряжения, чтобы выдерживать более высокое напряжение.
  2. Поток утечки между первичной и вторичной обмотками невелик и, следовательно, низкий импеданс. Это приводит к более сильным токам короткого замыкания в условиях неисправности.
  3. Соединения на первичной и вторичной сторонах обязательно должны быть одинаковыми, за исключением случаев, когда используются соединенные звездой соединения. Это вносит сложности из-за изменения первичного и вторичного фазового угла, особенно в случае соединения треугольник / треугольник.
  4. Из-за общей нейтрали в автотрансформаторе, подключенном по схеме звезда / звезда, невозможно заземлить нейтраль только с одной стороны. Обе стороны должны иметь нейтралитет либо на земле, либо в изоляции.
  5. Сложнее поддерживать электромагнитный баланс обмотки, когда предусмотрены отводы для регулировки напряжения. Следует знать, что наличие ответвлений на автотрансформаторе значительно увеличивает габариты трансформатора. Если диапазон простукивания очень велик, преимущество, полученное в виде первоначальной стоимости, теряется из-за большого события.

Применения автотрансформаторов

Применения автотрансформатора включают:

  1. Компенсация падений напряжения путем повышения напряжения питания в распределительных сетях.
  2. Автотрансформаторы с несколькими ответвлениями используются для пуска асинхронных и синхронных двигателей.
  3. Автотрансформатор используется в качестве вариатора в лаборатории или там, где требуется непрерывное изменение в широком диапазоне.

Что такое автотрансформатор? - Работа, преимущество, недостатки и использование

Автотрансформатор - это трансформатор только с одной обмоткой, намотанной на многослойный сердечник.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 стороны.

В режиме нагрузки часть тока нагрузки получается непосредственно от источника питания, а оставшаяся часть получается за счет действия трансформатора. Автотрансформатор работает как регулятор напряжения .

Содержание :

Пояснения к автотрансформатору со схемой

В обычном трансформаторе первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга, но соединены магнитно, как показано на рисунке ниже.В автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки связаны как магнитно, так и электрически. Фактически, часть одной непрерывной обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки.

Рисунок A: Обычный двухобмоточный трансформатор

Существует два типа автотрансформатора в зависимости от конструкции. В одном из типов трансформаторов используется непрерывная обмотка с выводами отводов в удобных точках, определяемых желаемым вторичным напряжением. Однако в автотрансформаторе другого типа есть две или более отдельных катушек, которые электрически соединены, образуя непрерывную обмотку.Конструкция Автотрансформатора показана на рисунке ниже.

Рисунок B: Авто - Трансформатор

Первичная обмотка AB, от которой происходит ответвление в точке C, так что CB действует как вторичная обмотка. Напряжение питания подается на AB, а нагрузка подключается к CB. Отвод может быть фиксированным или переменным. Когда переменное напряжение V 1 подается на AB, в сердечнике создается переменный магнитный поток, в результате чего в обмотке AB индуцируется ЭДС E 1 . Часть этой наведенной ЭДС отбирается 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 - количество витков между A и B
  • N 2 - количество витков между C и B

Без учета тока холостого хода, реактивного сопротивления утечки и потерь,

V 1 = E 1 и V 2 = E 2

Следовательно, коэффициент трансформации:

Поскольку вторичные ампер-витки противоположны первичным ампер-виткам, ток I 2 находится в противофазе с I 1 .Вторичное напряжение меньше первичного. Следовательно, ток I 2 больше тока I 1 . Следовательно, результирующий ток, протекающий через участок BC, равен (I 2 - I 1 ).

Ампер-витки из-за участка BC = ток x витков
Уравнение (1) и (2) показывает, что ампер-витки из-за участка BC и переменного тока уравновешивают друг друга, что характерно для работы трансформатора.

Экономия меди в автотрансформаторе по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором

Вес меди пропорционален длине и площади поперечного сечения проводника.

Длина проводника пропорциональна количеству витков, а его поперечное сечение пропорционально произведению силы тока на количество витков.

Теперь, исходя из приведенного выше рисунка (B) автотрансформатора, вес меди, необходимой для автотрансформатора, составляет

.

W a = вес меди в секции AC + вес меди в секции CB

Следовательно,

Если та же работа выполняется с обычным двухобмоточным трансформатором, показанным выше на рисунке (A), общий вес меди, необходимой для обычного трансформатора, составляет

Вт 0 = масса меди на первичной обмотке + масса меди на вторичной обмотке

Следовательно,

Теперь отношение веса меди в автотрансформаторе к весу меди в обычном трансформаторе равно

Экономия меди, вызванная использованием автотрансформатора = вес меди, необходимый для обычного трансформатора - вес меди, необходимый для автотрансформатора Таким образом,

Экономия меди = K x вес меди, необходимой для двух обмоток трансформатора

Следовательно, экономия меди увеличивается по мере приближения коэффициента трансформации к единице.Следовательно, автотрансформатор используется, когда значение K почти равно единице.

Преимущества автотрансформатора

  • Менее затратная
  • Лучшее регулирование
  • Низкие потери по сравнению с обычным двухобмоточным трансформатором того же номинала.

Недостатки Автотрансформатора

Автотрансформатор обладает различными преимуществами, но также одним из основных недостатков, почему автотрансформатор не используется широко, является то, что

  • Вторичная обмотка не изолирована от первичной.
    Если автотрансформатор используется для подачи низкого напряжения от высокого и есть разрыв вторичной обмотки, полное первичное напряжение поступает на вторичный вывод, что опасно для оператора и оборудования. Таким образом, автотрансформатор не следует использовать для соединения систем высокого и низкого напряжения.
  • Используется только в ограниченных местах, где требуется небольшое отклонение выходного напряжения от входного.

Применения автотрансформатора

  • Он используется в качестве пускателя для подачи до от 50 до 60% полного напряжения на статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором во время пуска.
  • Используется для небольшого повышения напряжения в распределительном кабеле, чтобы исправить падение напряжения.
  • Также используется как регулятор напряжения
  • Используется в системах передачи и распределения электроэнергии, а также в аудиосистемах и на железных дорогах.
Автотрансформатор

против изолирующего трансформатора | Разделительный трансформатор против автотрансформатора

Преимущества изолирующего трансформатора

  • Лучшее качество электроэнергии
  • Снижение шума
  • Снижает скачки напряжения
  • Безопасность

Преимущества автотрансформатора

  • Дешевый и более эффективный
  • Уменьшение индуктивности первичной и вторичной обмоток
  • Простая конструкция
  • Меньшая занимаемая площадь при той же мощности в ВА

Разделительный трансформатор - это электрический трансформатор с первичной и вторичной обмотками.Эти обмотки разделены изоляцией. Эта изоляция снижает риск поражения электрическим током при одновременном прикосновении к активным частям и заземлению.

Автотрансформатор - это электрический трансформатор с одной обмоткой. Термин «авто» относится к одной катушке, действующей отдельно, а не к какому-либо автоматическому механизму. В автотрансформаторе части одной и той же обмотки действуют как первичная и вторичная стороны трансформатора.

Работа изолирующего трансформатора

Изолирующий трансформатор предназначен в первую очередь для изоляции цепей.Эти трансформаторы разработаны и изготовлены с учетом емкостной связи между двумя обмотками. Емкость между первичной и вторичной обмотками также будет связывать переменный ток (AC), ток от первичной до вторичной.

Работа автотрансформатора

Основное назначение автотрансформатора - регулировать напряжение в линиях передачи и может использоваться для преобразования напряжений. Имея только одну обмотку, автотрансформатор автоматически регулирует напряжение в зависимости от нагрузки.Эти трансформаторы требуют переменного тока для правильной работы и не будут работать на постоянном токе.

Общие приложения для автотрансформатора

  • Повышение в конце длинной линии передачи для компенсации потерь в линии
  • Пониженное стартерное напряжение асинхронного двигателя
  • Для включения управления выходом выпрямителя, многоотводное питание первичной обмотки
  • Запуск люминесцентного светильника

Общие приложения изолирующего трансформатора

  • Компьютеры и периферия
  • Медицинское оборудование
  • Аппаратура дистанционного управления
  • Телекоммуникационное оборудование

Свяжитесь с Badger Magnetics сегодня, чтобы оценить ваши конкретные потребности в трансформаторе, будь то изолирующий трансформатор или автотрансформатор.

Badger Magnetics - ведущий производитель электромагнитных трансформаторов .

Автотрансформатор: работа, достоинства, недостатки | Electrical Academia

Определение автотрансформатора

Автотрансформатор имеет одну обмотку на железном сердечнике. Одна из клемм катушки является общей для входа и выхода, а другая выходная клемма подвижна, так что она может контактировать с любым витком обмотки.

Повышающий / понижающий автотрансформатор

Автотрансформатор может использоваться как повышающий или понижающий трансформатор.В качестве повышения его часто называют повышением, а при понижении - понижающим соединением. На рисунке 1 показано схематическое изображение понижающего соединения, а на рисунке 2 показано повышающее соединение.

Принцип работы автотрансформатора

Автотрансформатор выполняет функцию, аналогичную функции обычного трансформатора, для повышения или понижения напряжения. Он состоит из одной непрерывной обмотки с отводом, выведенным в некоторой промежуточной точке, как показано на рис.1. Поскольку первичная и вторичная обмотки автотрансформатора физически соединены, напряжение питания и выходное напряжение не изолированы друг от друга.

Рис.1: Схема автотрансформатора

Когда напряжение V 1 подается на первичную обмотку автотрансформатора, индуцированные 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 падений напряжения в обмотках

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

Когда нагрузка подключена к вторичной обмотке автотрансформатора, ток I 2 течет в направлении, показанном на рис.1. Согласно действующему закону Кирхгофа

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

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

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

Уравнение 4 также можно записать как

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

Подставляя уравнение (5) в уравнение (3), коэффициент тока обмотки определяется 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 мощности без превышения номинального тока обмоток трансформатора.

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

Аналогично, полная выходная мощность определяется как

\ [\ begin {matrix} {{S} _ {2}} = \ text {} {{V} _ {2}} {{I} _ {2}} & {} & \ left (8 \ right) \\\ end {matrix} \]

Однако полная мощность в обмотках трансформатора составляет

\ [\ 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 трансформатором или электромагнитной индукцией.

Разница (S 2 –S w ) между полной выходной мощностью и полной мощностью в обмотках является составляющей выходной мощности, передаваемой посредством электрической проводимости. 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 равен большой, номинальная мощность автотрансформатора будет намного больше, чем номинальная мощность обычного трансформатора.В обычном трансформаторе вся мощность преобразуется, тогда как в автотрансформаторе большая часть мощности проходит под повышенным потенциалом. В результате автотрансформатор намного меньше обычного трансформатора того же номинала.

Другие преимущества автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором:

  1. Дешевле
  2. Более эффективен, поскольку потери остаются прежними, а номинальные характеристики повышаются по сравнению с обычным трансформатором
  3. Более низкий ток возбуждения
  4. Лучшее регулирование напряжения

Недостатки автотрансформатора

Некоторые из недостатков автотрансформатора:

  1. Большой ток короткого замыкания
  2. Отсутствует изоляция между первичной и вторичной обмотками
  3. Используется только при умеренно меньших изменениях напряжения

Применения автотрансформатора

Практические применения автотрансформатора включают:

  1. Они обычно используются для соединения линий передачи с немного разными напряжениями (например.g., 115 кВ и 138 кВ или 138 кВ и 161 кВ)
  2. Они используются для компенсации падений напряжения в длинных фидерных цепях, где важно, чтобы каждое нагрузочное устройство получало одинаковое напряжение (например, в цепях освещения аэродрома для обеспечения равномерная интенсивность лампы)
  3. Они предлагают регулируемый контроль 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.
  4. Они используются для регулировки выходного напряжения трансформатора, чтобы поддерживать постоянное напряжение системы при переменной нагрузке.

Пример автотрансформатора

Однофазный двухобмоточный трансформатор 10 кВА, 440/110 В подключается в качестве автотрансформатора для питания нагрузки 550 В от источника питания 440 В, как показано ниже. Рассчитайте следующее.

  1. Номинальная мощность автотрансформатора
  2. Полная мощность, передаваемая посредством проводимости
  3. Полная мощность, передаваемая посредством электромагнитной индукции

Решение

Однофазный двухобмоточный трансформатор повторно подключается как автотрансформатор, как показано на Рис. .2. Номинальные значения тока обмоток приведены по формуле

Рис. 2: Пример автотрансформатора

\ [\ begin {array} {* {35} {l}} {{I} _ {ab}} = 10,000 / 110 \ text {} = \ text {} 90.9 \ text {} A \\ {{I} _ {ab}} = 10 000/440 \ text {} = \ text {} 22.7 \ text {} A \\\ end {array} \]

При полной или номинальной нагрузке токи первичной и вторичной обмоток равны

\ [\ 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 {array} \]

Следовательно, номинальная мощность автотрансформатора в кВА составляет

\ [\ begin {array} {* {35} {l}} кВ {{A} _ {1}} ~ = \ left (440 \ right) \ left (113,6 \ right) / 1000 ~ = 50 \ text {} кВА \\ kV {{A} _ {2}} ~ = \ left (550 \ right) \ left (90.9 \ right) / 1000 ~ = 50 \ text {} кВА \\\ end {array} \]

Обратите внимание, что этот трансформатор, номинал которого как у обычного двухобмоточного трансформатора составляет всего 10 кВА, может выдерживать 50 кВА в качестве автотрансформатора. Однако не вся мощность 50 кВА трансформируется за счет электромагнитной индукции.Большая часть просто передается электрически за счет проводимости.

Полная мощность, преобразованная индукцией, равна

\ [{{S} _ {ind}} = {{V} _ {1}} {{I} _ {3}} = \ left (440 \ right) \ слева (22,7 \ справа) ВА = 10 кВА \]

Полная мощность, преобразованная за счет проводимости, равна

\ [{{S} _ {cond}} = {{V} _ {1}} {{I} _ {2 }} = \ left (440 \ right) \ left (90,9 \ right) ВА = 40 \ text {} кВА \]

Автотрансформатор

| electricaleasy.com

Автотрансформатор - электрический трансформатор, имеющий только одну обмотку.Обмотка имеет не менее трех выводов, что объясняется в деталях конструкции ниже.

Некоторые из преимуществ автотрансформатора заключаются в том, что,

  • они меньше по размеру,
  • дешево по стоимости,
  • низкое реактивное сопротивление рассеяния,
  • повышенная номинальная кВА,
  • низкий ток возбуждения и т. Д.
Примером применения автотрансформатора является использование электрического оборудования США, рассчитанного на питание 115 В (они используют 115 В как стандарт) с более высокими напряжениями в Индии.Другой пример - метод пуска трехфазных асинхронных двигателей.

Строительство автотрансформатора

Автотрансформатор состоит из одного медного провода, который является общим как для первичной, так и для вторичной цепи. Медная проволока намотана на сердечник из многослойной кремнистой стали, с вынутыми по крайней мере тремя выводами. Вторичная и первичная цепи имеют общую нейтральную точку обмотки. Конструкция хорошо объяснена на схеме. Переменное соотношение витков на вторичной обмотке может быть получено с помощью выводов обмотки (как показано на рисунке) или с помощью гладкой скользящей щетки по обмотке.Первичные клеммы закреплены.
Таким образом, в автотрансформаторе, можно сказать, первичная и вторичная обмотки соединены как магнитно, так и электрически.

Работа автотрансформатора

Как я уже описал выше, автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая используется как первичной, так и вторичной цепью, а количество витков, используемых вторичной обмоткой, является переменным. ЭДС, наведенная в обмотке, пропорциональна количеству витков. Следовательно, вторичное напряжение можно изменять, просто меняя вторичное число витков.

Поскольку обмотка является общей в обеих цепях, большая часть энергии передается посредством электропроводности, а небольшая часть - посредством индукции.


Существенные недостатки автотрансформатора :
  • любое нежелательное состояние на первичной обмотке повлияет на оборудование на вторичной обмотке (поскольку обмотки не имеют гальванической развязки),
  • из-за низкого импеданса автотрансформатора вторичные токи короткого замыкания очень велики,
  • гармоника, генерируемая в подключенном оборудовании, будет передана источнику питания.

Строительство, обработка, сбережение меди и применение

Как мы знаем, трансформатор включает в себя две обмотки, и основная функция этих обмоток - изменять уровень напряжения до желаемого уровня. Двухобмоточный трансформатор включает в себя две отдельно соединенные магнитные катушки без электрического соединения между ними. В этой статье мы обсудим трансформатор, который изменяет уровень напряжения через одну катушку. Поскольку уровень напряжения также можно довольно эффективно преобразовать через одну катушку с помощью автотрансформатора.Таким образом, мы можем понизить уровень напряжения с 400 В до 200 через трансформатор с одной катушкой с соответствующими изоляционными лентами. В этой статье обсуждается обзор того, что такое Автотрансформатор, конструкция с рабочими и его приложениями.


Что такое автотрансформатор?

Определение: Трансформатор с одной обмоткой известен как Автотрансформатор. Термин «авто» взят из греческого слова и означает, что он работает только с одной катушкой. Принцип работы автотрансформатора аналогичен двухобмоточному трансформатору, но с той лишь разницей, что части одиночной обмотки в этом трансформаторе будут работать с обеих сторон обмоток, таких как первичная и вторичная.В обычном трансформаторе он включает в себя две отдельные обмотки, которые не связаны друг с другом. Схема автотрансформатора представлена ​​ниже.

Автотрансформатор

Автотрансформаторы легче, меньше по размеру, дешевле по сравнению с другими трансформаторами, но они не обеспечивают гальванической развязки между двумя обмотками.

Строительство автотрансформатора

Мы знаем, что трансформатор включает в себя две обмотки, а именно первичную и вторичную, которые соединены магнитным полем, но изолированы электрически.Но в автотрансформаторе используется одна обмотка, как и обе обмотки

.

Автотрансформатор бывает двух типов в зависимости от конструкции. В одном из типов трансформаторов используется непрерывная обмотка с выводами отводов в удобных точках, определяемых желаемым вторичным напряжением. Однако в автотрансформаторе другого типа есть две или более отдельных катушек, которые электрически соединены, образуя непрерывную обмотку. Конструкция Автотрансформатора показана на рисунке ниже.

auto-transformer-construction

Первичная обмотка AB, от которой происходит ответвление в точке «C», так что CB действует как вторичная обмотка. Напряжение питания подается на AB, а нагрузка подключается к CB. Здесь отвод может быть фиксированным или переменным. Когда переменное напряжение V1 подается на AB, в сердечнике создается переменный поток, в результате чего в обмотке AB индуцируется ЭДС E1. Часть этой наведенной ЭДС отбирается во вторичной цепи.

На приведенной выше схеме обмотка представлена ​​как «AB», тогда как общее количество витков «N1» считается первичной обмоткой.В указанной выше обмотке от точки «C» отводится отвод, а участок «BC» можно рассматривать как вторичную обмотку. Предположим, что количество витков между точками B&C равно «N2». Если напряжение «V1» приложено к обмотке переменного тока, тогда напряжение для каждого витка внутри обмотки будет V1 / N1.

Следовательно, напряжение на участке BC обмотки будет (V1 / N1) * N2

Исходя из приведенной выше конструкции, напряжение для этой обмотки BC составляет «V2»

Следовательно, (V1 / N1) * N2 = V2

V2 / V1 = N2 / N1 = K

Когда участок BC в обмотке AB можно считать вторичным.Таким образом, «K» - это постоянное значение, это не что иное, как отношение напряжения или числа витков в трансформаторе.

Когда нагрузка подключается между клеммами BC, начинает течь ток нагрузки, такой как «I2». Протекание тока во вторичной обмотке будет основным отличием токов «I1 и I2».

Экономия меди

В автотрансформаторе можно обсудить экономию меди по сравнению с обычными двухобмоточными трансформаторами. В указанной выше обмотке вес меди в основном зависит от ее длины, а также от площади поперечного сечения.

Опять же, длина проводника внутри обмотки может быть пропорциональна номеру. количество витков, а также площадь поперечного сечения изменяется в зависимости от номинального тока. Таким образом, вес меди внутри обмотки может быть прямо пропорционален произведению № витков и номинальный ток обмотки.

Таким образом, вес меди в секции переменного тока пропорционален I1 (N1-N2). Точно так же вес меди в секции BC пропорционален N2 (I2-I1).

Следовательно, вес всей меди в обмотке этого трансформатора пропорционален

.

= I1 (N1-N2) + N2 (I2-I1)

= I1N1-I1N2 + I2N2-N2I1

= I1N1 + I2N2-2I1N2

Мы знаем, что N1I1 = N2I2

= I1N1 + I1N1-2I1N2

= 2I1N1-2I1N2 = 2 (I1N1-I1N2)

Таким образом, доказано, что вес меди в двух обмоточных трансформаторах может быть пропорционален N1I1-N2I2

Так как в трансформаторе N1I1 = N2I2

2N1I1 (Т.к. в трансформаторе N1I1 = N2I2)

В автотрансформаторе, допустим, вес меди, такой как Wa и Wtw, а также двух обмоток, соответственно,

Таким образом, Wa / Wtw = 2 (N1I1-N2I1) / 2N1I1

= N1I1-N2I1 / 2N1I1 = 1-N2I1 / N1I1

= 1-N2 / N1 = 1-K

Следовательно, Wa = Wtw (1-K) = Wtw- k Wtw

Таким образом, экономия меди внутри трансформатора при оценке с двумя обмоточными трансформаторами составляет

.

Wtw- Wa = k Wtw

В этом трансформаторе для каждой фазы используется просто одна обмотка, в отличие от двух отдельных обмоток в обычном трансформаторе.

Преимущества автотрансформатора

Преимущества

  • В нем используется одна обмотка, поэтому они меньше по размеру и экономичны.
  • Эти трансформаторы более производительные
  • Требуются меньшие токи возбуждения по сравнению с трансформаторами обычного типа.
  • В этих трансформаторах напряжение можно легко и плавно изменять
  • Расширенное регулирование
  • Меньше потерь
  • Требуется меньше меди
  • КПД высокий из-за низких потерь в омических элементах и ​​сердечнике.Эти потери будут происходить из-за уменьшения материала трансформатора.

Недостатки Автотрансформатора

Недостатки

  • В этом трансформаторе вторичная обмотка не может быть изолирована от первичной.
  • Применяется в зонах с ограниченным доступом, где необходима небольшая разница между напряжением o / p и напряжением i / p.
  • Этот трансформатор не используется для соединения систем высокого и низкого напряжения.
  • Поток утечки между двумя обмотками невелик, поэтому полное сопротивление будет ниже.
  • Если обмотка в трансформаторе обрывается, трансформатор не будет работать, тогда полное первичное напряжение будет видно на o / p.
  • Это может быть опасно для нагрузки, когда мы используем автотрансформатор, например понижающий трансформатор. Таким образом, этот трансформатор используется только для небольших изменений напряжения o / p.

Применения автотрансформатора

Заявок

  • Увеличивает падение напряжения на распределительном кабеле
  • Используется как регулятор напряжения
  • Используется в аудио, распределении, передаче электроэнергии и на железных дорогах.
  • Автотрансформатор с несколькими ответвлениями используется для пуска двигателей как асинхронных, так и синхронных.
  • Используется в лабораториях для непрерывного получения переменного напряжения.
  • Используется как регулирующие трансформаторы в стабилизаторах напряжения.
  • Повышает напряжение в фидерах переменного тока.
  • Применяется в центрах тестирования электроники, где требуется часто меняющееся напряжение.
  • Используется там, где требуется высокое напряжение, например, в усилителях или усилителях.
  • Он используется в аудиоустройствах, таких как динамики, для согласования импеданса, а также для настройки устройства на непрерывное питание.
  • Он используется на электростанциях, где напряжение должно понижаться и повышаться, чтобы равняться напряжению на приемном конце, которое необходимо для устройства.

Часто задаваемые вопросы

1). Какова функция автотрансформатора?

Этот трансформатор используется для управления напряжением в линии передачи, а также изменяет напряжения, когда соотношение первичной и вторичной обмоток близко к единице.

2). Почему автотрансформатор не используется в качестве распределительного трансформатора?

Потому что он не обеспечивает гальванической развязки обмоток, как это делает обычный трансформатор.

3). Какова роль автотрансформатора на подстанции?

Автотрансформатор

часто используется на подстанциях для повышения или понижения напряжения там, где отношение высокого напряжения к низкому напряжению мало.

Таким образом, это обзор автотрансформатора, конструкции, работы, преимуществ, недостатков и областей применения. Вот вам вопрос, в чем главное отличие автотрансформатора от силового?

Упрощение трехфазного автотрансформатора

В Johnson ElectricCoil Company мы работаем со многими различными OEM-производителями для создания индивидуальных трансформаторов, катушек индуктивности и других нестандартных магнитов.Многие из наших клиентов работают с нами на протяжении десятилетий, доверяя нам предоставлять им индивидуальную поддержку, информацию и помощь, чтобы гарантировать правильность их заказов каждый раз.

Однако не все производители оригинального оборудования знакомы с кастомными магнитами. Может быть трудно различить различные термины и различия между различными вариантами трансформаторов, поэтому более пристальный взгляд на компоненты каждого типа может быть очень полезным.

Трехфазный автотрансформатор используется в самых разнообразных сферах применения.Когда экономия физического пространства, повышение эффективности и управление напряжением имеют решающее значение для приложения, трехфазный автотрансформатор может быть практичным и экономичным вариантом, который следует рассмотреть.

Автотрансформатор

Как и большинство трансформаторов, автотрансформатор используется для понижения или повышения мощности в системе. Отличительной особенностью автотрансформатора является то, что он имеет только одну обмотку, и часть этой же обмотки используется как входной (первичной), так и выходной (вторичной) стороной схемы. Следовательно, в отличие от более известного изолирующего трансформатора, между входной и выходной обмотками автотрансформатора нет физического или электрического разделения, то есть изоляции. Вместо этого одна обмотка, которая вмещает наивысшее заданное напряжение, отводится в заданной точке, чтобы получить доступ к требуемому повышающему или понижающему напряжению.

Преимущества

Хотя ни однофазные, ни трехфазные автотрансформаторы не обеспечивают гальванической развязки между входом и выходом, где изоляция не требуется, автотрансформатор часто является привлекательным выбором для повышающих и / или понижающих требований.Одним из преимуществ является то, что трехфазный автотрансформатор обычно, а иногда и значительно меньше по размеру, чем трехфазный изолирующий трансформатор аналогичного номинала. Для многих специализированных приложений, где минимизация веса и занимаемой площади может быть критичной, это может быть важным соображением. А благодаря сравнительно небольшому размеру трехфазный автотрансформатор также дает экономию средств. Наконец, с точки зрения производительности, трехфазный автотрансформатор очень эффективен.

По сути, это очень простой компонент, трехфазный автотрансформатор, разработанный нашей командой в соответствии с вашими требованиями, обеспечит повышающую или понижающую мощность, необходимую вам, при минимальном пространстве, с максимальной эффективностью и в рамках вашего бюджета.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *