Преимущества и недостатки автотрансформатора. Преимущества и недостатки автотрансформаторов: подробный анализ — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Каковы основные преимущества автотрансформаторов перед обычными трансформаторами. Какие недостатки ограничивают применение автотрансформаторов. Почему автотрансформаторы экономичнее обычных трансформаторов. В каких случаях целесообразно использовать автотрансформаторы.

Содержание

Принцип работы и конструкция автотрансформатора

Автотрансформатор — это разновидность трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки имеют не только магнитную, но и электрическую связь. Часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной цепи.

Основные элементы конструкции автотрансформатора:

Магнитопровод (сердечник) из электротехнической стали
Общая обмотка
Регулировочная обмотка
Устройство регулирования напряжения (РПН или ПБВ)
Система охлаждения
Вводы высокого и низкого напряжения

В чем особенность работы автотрансформатора? Энергия из первичной цепи во вторичную передается двумя путями:

Электромагнитным путем (как в обычном трансформаторе)

Электрическим путем (за счет гальванической связи обмоток)

Именно наличие электрической связи между обмотками определяет все преимущества и недостатки автотрансформаторов по сравнению с двухобмоточными трансформаторами.

Основные преимущества автотрансформаторов

Применение автотрансформаторов дает ряд существенных преимуществ:

1. Меньший расход активных материалов

За счет того, что часть обмотки является общей для первичной и вторичной цепи, удается значительно сэкономить на меди обмоток и стали магнитопровода. Чем ближе коэффициент трансформации к единице, тем больше экономия.

Например, при коэффициенте трансформации 0,9 экономия меди составляет до 90% по сравнению с обычным трансформатором той же мощности. Это позволяет существенно снизить стоимость автотрансформатора.

2. Меньшие потери и более высокий КПД

Благодаря меньшему количеству витков обмоток снижаются потери в меди. Уменьшение массы стали магнитопровода приводит к снижению потерь в стали. В результате КПД автотрансформатора выше, чем у обычного трансформатора той же мощности.

3. Меньшие габариты и масса

Экономия активных материалов позволяет сделать автотрансформатор более компактным и легким по сравнению с обычным трансформатором аналогичной мощности. Это упрощает транспортировку и монтаж оборудования.

4. Лучшая стабилизация напряжения

Автотрансформатор имеет меньшее внутреннее сопротивление, что обеспечивает лучшую стабилизацию напряжения при изменении нагрузки по сравнению с двухобмоточным трансформатором.

5. Меньший ток холостого хода

Для автотрансформатора требуется меньший ток возбуждения, чем для обычного трансформатора той же мощности. Это снижает потери холостого хода.

Основные недостатки автотрансформаторов

Наряду с преимуществами, автотрансформаторы имеют и ряд существенных недостатков:

1. Электрическая связь между обмотками

Отсутствие гальванической развязки между первичной и вторичной цепью может представлять опасность. При пробое изоляции общей части обмотки высокое напряжение может попасть в цепь низкого напряжения.

2. Высокие токи короткого замыкания

Малое сопротивление короткого замыкания приводит к очень большим токам КЗ. Это требует применения более мощной коммутационной аппаратуры.

3. Сложности регулирования напряжения

Регулировочная обмотка подвергается воздействию полного напряжения. Это усложняет конструкцию устройств РПН, особенно для высоких классов напряжения.

4. Повышенные требования к изоляции

Изоляция низковольтной обмотки должна выдерживать воздействие полного напряжения сети высокого напряжения.

5. Ограничения по коэффициенту трансформации

Эффективность автотрансформаторов снижается при увеличении коэффициента трансформации. Обычно их применяют при коэффициенте трансформации не более 3-5.

Экономическая эффективность автотрансформаторов

Экономические преимущества автотрансформаторов обусловлены следующими факторами:

Меньший расход дорогостоящей электротехнической стали и меди
Снижение массы и габаритов, упрощение транспортировки и монтажа
Более высокий КПД, меньшие потери электроэнергии при эксплуатации
Упрощение конструкции за счет меньшего количества обмоток

Экономия активных материалов при использовании автотрансформатора вместо обычного трансформатора может быть оценена по формуле:

Экономия = K × 100%

где K — коэффициент выгодности:

K = (U1 — U2) / U1

U1 — напряжение первичной обмотки, U2 — напряжение вторичной обмотки.

Например, при U1 = 220 кВ и U2 = 110 кВ:

K = (220 — 110) / 220 = 0,5

Экономия = 0,5 × 100% = 50%

То есть применение автотрансформатора в данном случае позволяет сэкономить до 50% активных материалов по сравнению с обычным трансформатором.

Области применения автотрансформаторов

Автотрансформаторы нашли широкое применение в следующих областях:

1. Электроэнергетика

Автотрансформаторы большой мощности (сотни МВА) используются в качестве связующего звена между электрическими сетями разных классов напряжения, например 500/220 кВ, 330/110 кВ и т.д.

2. Промышленные установки

Автотрансформаторы применяются для питания электропечей, электросварочных аппаратов, гальванических ванн и других промышленных установок, требующих регулирования напряжения.

3. Лабораторное оборудование

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы) широко используются в качестве регулируемых источников напряжения в различных испытательных и измерительных схемах.

4. Бытовая техника

Автотрансформаторы небольшой мощности применяются в бытовых стабилизаторах напряжения, диммерах для регулировки яркости освещения и других устройствах.

5. Пусковые устройства

Автотрансформаторы используются в качестве пусковых устройств для мощных электродвигателей, обеспечивая плавный пуск за счет ступенчатого повышения напряжения.

Сравнение автотрансформаторов и двухобмоточных трансформаторов

Для наглядного сравнения преимуществ и недостатков автотрансформаторов и обычных двухобмоточных трансформаторов рассмотрим следующую таблицу:

Параметр	Автотрансформатор	Двухобмоточный трансформатор
Расход активных материалов	Меньше	Больше
КПД	Выше	Ниже
Габариты и масса	Меньше	Больше
Стоимость	Ниже	Выше
Электрическая изоляция обмоток	Отсутствует	Есть
Ток короткого замыкания	Больше	Меньше
Диапазон коэффициентов трансформации	Ограничен (обычно до 3-5)	Не ограничен

Как видно из таблицы, автотрансформаторы имеют ряд существенных преимуществ, но также и некоторые недостатки, ограничивающие их применение.

Особенности эксплуатации автотрансформаторов

При эксплуатации автотрансформаторов необходимо учитывать следующие особенности:

Повышенные требования к изоляции низковольтной обмотки
Необходимость применения более мощных коммутационных аппаратов из-за высоких токов КЗ
Особые требования к заземлению нейтрали
Ограничения по регулированию напряжения под нагрузкой
Повышенные требования к качеству масла из-за более высокой напряженности электрического поля

Соблюдение этих особенностей позволяет обеспечить надежную и безопасную эксплуатацию автотрансформаторов.

Перспективы развития автотрансформаторов

Основные направления совершенствования автотрансформаторов:

Применение новых электротехнических материалов для снижения потерь

Совершенствование систем охлаждения для повышения нагрузочной способности
Разработка более надежных устройств РПН для высоких классов напряжения
Внедрение цифровых систем мониторинга и диагностики
Оптимизация конструкции для дальнейшего снижения массогабаритных показателей

Развитие автотрансформаторов по этим направлениям позволит расширить области их эффективного применения в энергетике и промышленности.

Недостатки автотрансформаторов

Подробности: Категория: Практика

трансформатор
высоковольтное
автотрансформатор

Наличие гальванического соединения обмоток в автотрансформаторе имеет следствием определенные недостатки.
Как правило, обмотки автотрансформатора соединяют в звезду с заземленной нейтралью. Другие соединения теоретически возможны, но связаны с определенными неудобствами и поэтому применяются крайне редко. Режим заземления нейтрали обоих систем должен быть одинаковым: глухое заземление или заземление через сопротивление. При этом значение сопротивления должно быть таким, чтобы не возникало недопустимых напряжений на вводах СН здоровых фаз при замыкании на землю одной фазы в системе ВН.

Такая опасность возрастает по мере увеличения разницы напряжений двух систем. По той же причине не применяются автотрансформаторы в системах с заземленной нейтралью.

Высокие потенциалы грозовых перенапряжений на холостом вводе автотрансформатора при воздействии волны перенапряжений на другой ввод вызывают необходимость установки на вводах разрядников, не отключаемых при отключении линии, присоединенной к этому вводу.
Последовательная обмотка автотрансформатора и его продольная изоляция может подвергаться очень жестким грозовым воздействиям в случае, когда значения напряжений двух систем близки. Однако на практике таких сочетаний напряжений не бывает.

Регулировочная обмотка при регулировании в линии ВН или СН подвергается всем воздействиям, нормированным для линейного ввода. Иногда обеспечить электрическую прочность изоляции регулировочной обмотки и переключающего устройства бывает затруднительно, особенно для сверхвысокого напряжения СН (класс 525 кВ и выше).
Сопротивление короткого замыкания автотрансформатора относительно мало, что является причиной более жестких воздействий токов короткого замыкания. Приходится принимать специальные меры для увеличения сопротивления короткого замыкания.

Особого внимания требует обеспечение прочности при однофазных замыканиях. Наличие обмотки НН (третичной обмотки) требует обеспечения ее динамической прочности, например, путем увеличения сопротивления нулевой последовательности (сопротивление в нейтрали или в треугольнике).

Назад
Вперёд

Вы здесь:
Главная
Оборудование
Трансформаторы
Практика
Испытание трансформаторов малой и средней мощности

Еще по теме:

Номинальный режим работы и допустимые перегрузки трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов с масляной системой охлаждения
Преимущества автотрансформаторов
Условия применения автотрансформаторов
Обслуживание маслонаполненных вводов трансформаторов, автотрансформаторов и шунтирующих реакторов с масляной системой охлаждения
Справочные данные по трансформаторам и автотрансформаторам с высшим напряжением 750 и 1150 кВ

Преимущество — автотрансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Схема трехфазного автотрансформатора.

| Лабораторный регулируемый автотрансформатор ( без кожуха и его схема. [1]

Преимущества автотрансформатора уменьшаются с увеличением коэффициента трансформации. Одновременно начинает играть роль другое обстоятельство, а именно электрическое соединение цепей высшего и низшего напряжений. Пока высшие и низшие напряжения одного порядка, электрическое соединение цепей не встречает препятствий. Но автотрансформатор нельзя применить, например, для питания распределительной сети 220 в от сети высокого напряжения 6 000 в, так как это не только привело бы к необходимости рассчитать изоляцию распределительной сети на 6 000 в и, следовательно, чрезвычайно удорожило бы ее, но было бы опасно для жизни всех лиц, пользующихся распределительной сетью. [2]

Преимущества автотрансформаторов будут выражены тем сильнее, чем меньше коэффициент трансформации. [3]

Преимущество автотрансформатора заключается в незначительном расходе стали сердечника и меди обмоток по сравнению с трансформатором. [4]

Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором является более простое устройство, меньший расход меди, более высокий кпд, меньшие потери в обмотках и стали магнитопро-вода. Это объясняется тем, что в автотрансформаторе энергия из первичной сети во вторичную частично передается по электрической связи. [5]

Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором той же полезной мощности является меньший расход активных материалов — обмоточного провода и стали, меньшие потери энергии, более высокий кпд, меньшее изменение напряжения при изменении нагрузки. [6]

Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором одинаковой полезной мощности является меньший расход активных материалов — обмоточного провода и стали, меньшие потери энергии, более высокий КПД, меньшее изменение напряжения при изменениях нагрузки. [7]

Схема устройства однофазного понижающего автотрансформатора.

[8]

Преимуществом автотрансформатора перед обычным трансформатором является меньший расход меди для выполнения обмотки, меньший расход электротехнической стали для изготовления сердечников, меньший вес, меньшая стоимость. [9]

Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором той же полезной мощности является меньший расход обмоточного провода и стали, меньшие потери энергии, более высокий кпд, меньшее изменение напряжения при изменениях нагрузки. [10]

Итак, преимущества автотрансформатора уменьшаются с увеличением коэффициента трансформации. Кроме того, только при высшем и низшем напряжениях одного порядка электрическое соединение цепей высшего и низшего напряжений не встречает препятствий. [11]

Итак, преимущества автотрансформатора умень — А шаются с увеличением коэффициента трансформации. Кроме того, только при высшем и низшем напряжениях одного порядка электрическое соединение цепей высшего и низшего напряжений не встречает препятствий. При таком автотрансформаторе не только пришлось бы рассчитать изоляцию распределительной сети на 6000 В, что чрезвычайно увеличило бы ее стоимость, но пользоваться такой распределительной сетью было бы опасно для жизни. [13]

Наряду с преимуществами автотрансформаторов перед трансформаторами они имеют существенные недостатки: малое сопротивление короткого замыкания, что обусловливает большую кратность тока короткого замыкания; возможность попадания высшего напряжения в сеть низшего напряжения из-за электрической связи между этими сетями. [14]

Наряду с преимуществами автотрансформаторов перед трансформаторами, они имеют следующие недостатки: малое сопротивление короткого замыкания автотрансформатора, что обусловливает большую кратность тока короткого замыкания; возможность попадания высшего напряжения в сеть низшего напряжения из-за электрической связи между этими сетями. [15]

Страницы: 1 2 3

Автотрансформатор — рабочая схема, преимущества, недостатки

Автотрансформатор — это трансформатор, в котором часть обмотки является общей как для цепи первичной обмотки, так и для вторичной обмотки. В обычных трансформаторах с двумя обмотками первичная и вторичная обмотки электрически изолированы, но в случае автотрансформатора две обмотки соединены электрически, а также магнитно. Автотрансформатор также называется variac или переменный автотрансформатор 9.0004 . Автотрансформатор работает как регулятор напряжения . С помощью автотрансформатора мы можем получить переменное напряжение на выходе.

(a) Понижающий автотрансформатор

На приведенной выше схеме (a) показана схема подключения понижающего автотрансформатора, а на рисунке (b) показана схема подключения ступени 9003. автотрансформатор .

(б) повышающий автотрансформатор

В обоих случаях повышающий и понижающий, обмотка «ab» с N1 витками является цепью первичной обмотки, а обмотка «bc» с N2 витками является вторичной обмоткой авто трансформатор.

Обратите внимание, что первичная и вторичная обмотки автотрансформатора соединены как электрически, так и магнитно.

Следовательно, мощность от первичной обмотки передается на вторичную обмотку кондуктивно, а действие трансформатора — за счет взаимной индукции.

На приведенной выше схеме показаны соединения нагруженного понижающего и повышающего автотрансформатора. В обоих случаях I1 – это входной ток, а I2 – выходной ток. Независимо от автотрансформатора с повышающим/понижающим преобразователем ток в секции обмотки, общей как для первичной, так и для вторичной обмотки, представляет собой разницу между этими двумя токами I1 и I2. Направление тока через общую часть обмотки зависит от соединения автотрансформатора. потому что тип соединения определяет, больше ли входной ток I1 или выходной ток I2.
Для понижающего типа I2 > I1, поэтому ток I2-I1 протекает через общую часть обмотки. Для повышающего автотрансформатора I2 < I1, следовательно, ток I1-I2 протекает в общей части обмотки.

{tocify} $ title = {таблица содержимого}

Теория Autotransformer

Диаграмма Auto Transformer. обмотка 1-3, имеющая N1 витков, и вторичная обмотка 2-3, имеющая N2 витков. Входной ток равен I1, а выходной ток обозначен I2, на схеме часть первичной обмотки 1-2 имеет витки N1-N2, а напряжение на части первичной обмотки равно V1-V2, ток через общую часть обмотки равен I2- I1 на схеме 2 показана эквивалентная схема автотрансформатора.

Из эквивалентной схемы,

V1I1 = V2I2 (Полная мощность на входе = Полная мощность на выходе)

Выход

вторичный находится в форме индукции, а также проводимости.

Выходная кажущаяся мощность = V2I2

Кажущаяся передача мощности путем индукции = V2 (I2 -I1) = V2 (I2 -KI2)
= V2I2 (1- K) = V1I1 (1- K)
Перенос мощности индуктивно = вход x (1- K)

Перенос мощности проворнитивно = I/P- I/P (1- K)
= I/P [1- (1-K)]
= I/P X K

Экономия меди в автотрансформаторе

При той же мощности и преобразовании напряжения автотрансформатору требуется меньше меди, чем обычному трансформатору.
Длина меди, необходимой в обмотке автотрансформатора, прямо пропорциональна виткам, а площадь поперечного сечения провода обмотки пропорциональна номинальному току автотрансформатора, следовательно, количество меди, необходимой для обмотки, пропорционально току X витка . Масса меди в обмотке автотрансформатора0004

Масса меди, требуемая в секции 1-2 ∝ I1 (N1 — N2)
Масса меди, требуемая в секции 2-3 ∝ N2 (I2 — I1)
— N2) +N2(I2 — I1)

Масса Cu в автотрансформаторе (Wa) = (1 — K) x Wt. в обычном трансформаторе (Wo)
Wa = (1 — K) x Wo

Экономия в меди = Wo — Wa = Wa — (1 — K)Wo = K Wo
или
Экономия меди = K ´ Wt. Cu в обычном трансформаторе

Таким образом, если K = 0,1, экономия Cu составляет всего 10 %, а если K = 0,9, экономия Cu составляет 90 %. Следовательно, чем ближе значение К автотрансформатора к 1, тем больше экономия меди.

Преимущества автотрансформатора

Преимущества

(1) Для автотрансформатора требуется меньше меди, чем для обычного трансформатора аналогичной мощности.

(2) Он лучше стабилизирует напряжение и работает с более высоким КПД, чем двухобмоточный трансформатор того же номинала.

(3) Он имеет меньшие размеры, чем обычный трансформатор того же номинала.

(4) Для автотрансформатора требуется меньший ток возбуждения, чем для двухобмоточного трансформатора того же номинала.

Можно отметить, что эти преимущества автотрансформатора уменьшаются по мере увеличения коэффициента трансформации. Таким образом, автотрансформатор имеет отмеченные преимущества только при относительно низких значениях коэффициента трансформации

Недостатки автотрансформатора

Некоторые недостатки автотрансформатора приведены ниже

(1) Существует прямое соединение между первичной и вторичной обмотками. Следовательно, выход больше не изолирован напрямую от входа.

(2) Автотрансформатор небезопасен для понижения высокого напряжения до низкого. если в общей части обмотки образуется обрыв, то на нагрузке появляется полное первичное напряжение, что представляет опасность как для людей, так и для оборудования.

(3) Ток короткого замыкания намного больше, чем у двухобмоточного трансформатора того же номинала.

Применение

(i) Автотрансформаторы используются для компенсации падения напряжения в линиях электропередачи. Когда они используются для этого приложения, они известны как повышающие трансформаторы.

(ii) Он также используется в качестве пускателя пониженного напряжения для асинхронного двигателя.

(iii) Автотрансформаторы используются для получения переменного питания.

Связанные.

Проверка на обрыв и короткое замыкание
Проверка полярности трансформатора
Трансформатор тока
Трансформатор параллельного состояния.html
Трансформатор с переключением ответвлений

Преимущества и недостатки автотрансформатора

Автотрансформатор, чем средний двухобмоточный трансформатор. поэтому стоимость ниже.

Лист кремнистой стали трансформатора и количество меди определяется двумя частями: одна — номинальное напряжение обмотки, вторая — номинальный ток, другими словами, чем больше обмоток, тем больше будет использование кремнистой стали и меди. больше, это приведет к отходам материала, а автотрансформатор характеризуется меньшим количеством обмоток, а значит, большей экономией средств.

2. Сокращение потерь и повышение эффективности.

Поскольку обмотка меньше, использование кремнистой стали и меди для уменьшения потерь, конечно, снижает ту же плотность тока и плотность потока, автотрансформатор и двухобмоточный трансформатор с одной потерей в основном одинаковы, но автотрансформатор с меньшим количеством материала, Конечно, выше КПД.

3. Транспортировка и установка более удобны

Автотрансформатор, чем трансформатор с двойной обмоткой такой же мощности, легкий вес, небольшой размер, небольшая площадь основания. Я был мощной сверхдержавой, чтобы удовлетворить национальный спрос на электроэнергию, требуя, чтобы энергосистема покрывала всю страну, поэтому ключевой вопрос — простота транспортировки, размер трансформатора определяет эффективность транспорта, в том же случае автотрансформатор Объем может быть меньше объема трансформатора с двойной обмоткой.

Недостатки автотрансформатора в бытовом электроснабжении следующие:

1. Увеличение тока короткого замыкания в энергосистеме.

Из-за электрического соединения между обмотками высокого и среднего напряжения автотрансформатора полное сопротивление короткого замыкания автотрансформатора составляет всего (1-k/1) в квадрате от сопротивления обычного двухобмоточного трансформатора. Поэтому после того, как в энергосистеме используется автотрансформатор, значительно увеличился трехфазный ток короткого замыкания. А поскольку нейтраль автотрансформатора должна быть заземлена напрямую, система будет значительно увеличивать ток однофазного короткого замыкания, а иногда даже больше, чем ток трехфазного короткого замыкания.

2. Повышение тока короткого замыкания в энергосистеме

В основном из-за высокой мощности обмотки среднего напряжения, вызванной автотрансформатором тока, может иметь три способа регулирования напряжения, первый устанавливается в обмотке автотрансформатора с нагрузка для изменения положения устройства регулятора дополнительного давления; Первые две – на линиях высокого и среднего напряжения установить дополнительные трансформаторы.