Каковы устройство и принцип действия автотрансформатора

Электрические трансформаторы

Каковы устройство и принцип действия автотрансформатора
Электрика »Электрооборудование »Трансформаторы

ВИДЫ И ТИПЫ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРИМЕНЕНИЕ

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения.

Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

Виды и типы трансформаторов

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Автотрансформаторы.

Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

Импульсные трансформаторы.

Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.

Разделительный трансформатор.

Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

Пик—трансформатор.

Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

Характеристики трансформаторов

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

Область применения

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Силовые.

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Тока.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Напряжения.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: https://eltechbook.ru/transformatory.html

Автотрансформатор: устройство, принцип действия, схема, типы

Каковы устройство и принцип действия автотрансформатора

С развитием энергетики и связанных с ней электрических сетей для передачи переменного тока, как источника питания для различных устройств, возникла необходимость в приборах, изменяющих величину напряжения. Такими универсальными электромагнитными устройствами, позволяющими повышать или понижать исходное напряжение до требуемой величины, стали трансформаторы.

Со временем, для обеспечения стабильной работы электроприборов, преимущественно бытового назначения, возникла необходимость плавного регулирования напряжения. Это стало возможным после того, как был изобретён автотрансформатор – устройство, в котором вторичная обмотка является составной частью первичных витков.

Что такое автотрансформатор?

Из школьного курса физики известно, что простейший трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железные сердечники. Магнитным полем переменного тока, запитанного через выводы первичных обмоток, возбуждаются электромагнитные колебания во второй катушке, с аналогичной частотой.

При подключении нагрузки, к выводам рабочей обмотки, она образует вторичную цепь, в которой возникает электрический ток. При этом напряжение в образованной электрической цепи связано прямо пропорциональной зависимостью с количеством витков обмоток. То есть: U1/U2 = w1/w2 , где U1, U2 – напряжения, а w1, w2 – количество полных витков в соответствующих катушках.

Рисунок 1. Схема обычного трансформатора и автотрансформатора

Немного по-другому устроен автотрансформатор. Он, по сути, состоит из одной обмотки, от которой сделано один или несколько отводов, образующих вторичные витки. При этом все обмотки образуют между собой не только электрическую, но и магнитную связь.

Поэтому, при подаче электрической энергии на вход автотрансформатора, возникает магнитный поток, под действием которого происходит индукция ЭДС в обмотке нагрузки. Величина электродвижущей силы связана прямой пропорциональностью с числом витков, образующих нагрузочную обмотку, с которой снимается напряжение.

Таким образом, формула, приведённая выше, справедлива и для автотрансформатора.

Из основной обмотки можно отводить большое количество выводов, что позволяет создавать комбинации для снятия различных по величине напряжений. Это очень удобно на практике, так как понижение напряжения часто требуется для питания нескольких блоков электроприборов, использующих различные напряжения.

Отличие автотрансформатора от обычного трансформатора

Как видно из описания автотрансформатора, главное его отличие от обычного трансформатора – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь. Эти группы не требуют отдельной электрической изоляции.

У такого устройства есть определённые преимущества:

  • сокращён расход цветных металлов, используемых на изготовление такого оборудования;
  • передача энергии осуществляется путём воздействия электромагнитного поля входного тока, и благодаря электрической связи между обмотками. Следовательно, потеря энергии оказывается ниже, поэтому у автотрансформаторов наблюдаются более высокие КПД;
  • малый вес и компактные габариты.

Несмотря на конструкционные различия, принцип работы этих двух типов изделий остаётся неизменным. Выбор типа трансформатора зависит, прежде всего, от целей и задач, которые приходится решать в электротехнике.

Типы автотрансформаторов

В зависимости от того в каких сетях (однофазных или трёхфазных) требуется изменить напряжение, используют соответствующий тип автотрансформаторов. Они бывают однофазными либо трёхфазными. Для трансформации тока с трёх фаз можно установить три автотрансформатора, предназначенных для работы в однофазных сетях, соединив их выводы треугольником или звёздочкой.

Схема соединений обмоток трансформатора

Существуют типы лабораторных автотрансформаторов, позволяющих плавно изменять значения по выходному напряжению. Такой эффект достигается путём перемещения ползунка по поверхности открытой части однослойной обмотки, наподобие принципа работы реостата. Витки проволоки наносятся вокруг кольцеобразного ферромагнитного сердечника, по окружности которого и перемещается контактный ползунок.

Автотрансформаторы подобного типа массово применялись на просторах СССР в эпоху массового распространения ламповых телевизоров. Тогда напряжение сетей было нестабильно, что вызывало искажения изображений. Пользователям этой несовершенной техники приходилось время от времени подстраивать напряжение до уровня 220 В.

До появления стабилизаторов напряжения, единственной возможностью достичь оптимальных параметров питания для бытовой техники того времени, было применение ЛАТР. Данный тип автотрансформаторов используется и сегодня в различных лабораториях и учебных заведениях. С их помощью осуществляется наладка электротехнического оборудования, тестируется аппаратура с высокой чувствительностью и выполняются другие задачи.

В специальном оборудовании, где нагрузки незначительны, применяются модели автотрансформаторов ДАТР.

Автотрансформатор ЛАТР

Существуют также автотрансформаторы:

  • малой мощности, для работы в цепях до 1 кВ;
  • среднемощные агрегаты (больше 1 кВ);
  • высоковольтные автотрансформаторы.

Следует заметить, что с целью безопасности ограничено использование автотрансформаторов в качестве силовых трансформаторов, для снижения до 380 В напряжений, превышающих 6 кВ. Это связано с наличием гальванической связи между обмотками, что не безопасно для конечного потребителя. При авариях не исключено, что высокое напряжение попадёт на запитанное оборудование, что чревато непредсказуемыми последствиями. В этом кроется основной недостаток автотрансформаторов.

Обозначение на схемах

Отличить автотрансформатор на схеме от изображения обычного трансформатора очень легко. Признаком является наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах. По одну или по обе стороны этой лини схематически изображены обмотки, но в автотрансформаторе все они соединены друг с другом. Если на схеме витки изображены автономно, то речь идёт об обычном трансформаторе (см. рисунок 1).

Устройство и конструктивные особенности

Как было отмечено выше, автотрансформатор состоит из одной катушки. Её наматывают на обычный или на тороидальный сердечник.

Тороидальный трансформатор

В силу конструктивных особенностей у него отсутствуют гальванические развязки между цепями, что может привести к поражению высоковольтным током. Поэтому понижающий автотрансформатор, ввиду его повышенной опасности, требует принятия дополнительных мер по защите от поражения электротоком. Работа с ним допускается при условии строгого соблюдения правил безопасности.

Принцип действия автотрансформатора

Несмотря на особенности строения обмоточной части агрегата, его принцип действия очень напоминает работу обычного трансформатора. По такому же принципу во время циркуляции переменного тока возникает магнитный поток в сердечнике. Его действие на обмотку характеризуется появлением на каждом отдельном витке равновеликой электродвижущей силы. Суммарная ЭДС на отрезке обмотки равна сумме величин токов всех отдельно взятых витков.

Особенностью является то, что по обмотке циркулирует ещё и первичный ток, который оказывается в противофазе к индукционному потоку. Результирующие значения этих токов на участке обмотки, предназначенной для потребителя, получаются меньшими (для понижающего тр.) чем параметры поступающего электричества.

Схема понижающего автотрансформатора

Соотношение величин ЭДС выражается формулой: E1/E2 = w1/w2 = k , где E – ЭДС, w – количество витков, k – коэффициент трансформации.

Учитывая то, что падение напряжений в обмотках трансформатора невелико – его можно не учитывать. В таком случае равенства: U1 = E1; U2 = E2 можно считать справедливыми. Таким образом, приведённая выше формула приобретает вид: U1/U2 = w1/w2 = k, то есть, соотношение напряжений к числу витков такое же, как и для обычного трансформатора.

Не вдаваясь в подробности, заметим, что отношение силы тока верхней катушки к току нагрузки, как и для обычного трансформатора, выражается формулой: I1/I2 = w2/w1 = 1/k. Отсюда следует, что поскольку в понижающем трансформаторе w2 < w1, то I2 < I1. Другими словами ток на выходе значительно меньше величины входящего тока. Таким образом, расходуется меньше энергии на нагревание проволоки, что позволяет использовать провода меньшего сечения.

Примечательно, что мощность нагрузки образуют токи электромагнитной индукции и электрической составляющей. Электрическая мощность ( P = U2*I1 ) довольно ощутима, в сравнении с индукционной составляющей, поступающей во вторичную цепь. Поэтому, чтобы получить требуемую мощность, используются меньшие значения сечений для магнитопроводов.

Области применения

Автотрансформаторы по сей день занимают прочные позиции в различных областях, связанных с электротехникой. Без них не обходятся:

  • различные выпрямители;
  • радиотехнические устройства;
  • телефонные аппараты;
  • сварочные аппараты;
  • системы электрификации железных дорог и многие другие устройства.

Трёхфазные автотрансформаторы используют в высоковольтных электросетях. Их применение повышает КПД энергосистем, что сказывается на снижении затрат, связанных с передачей электроэнергии.

Преимущества и недостатки

К описанным выше преимуществам можно добавить низкую стоимость изделий, за счёт снижения затрат на применяемые цветные металлы, расходов на трансформаторную сталь. Для автотрансформаторов характерны незначительные потери энергии токов, циркулирующих по обмоткам и сердечникам, что позволяет достигать уровня коэффициента полезного действия до 99%.

К недостаткам следует добавить необходимость оборудования глухого заземления нейтрали. В связи с существующей вероятностью по короткому замыканию и возможностью передачи высокого напряжения по сети, для автотрансформаторов существуют определённые ограничения к применению.

Из-за гальванической связи обмоток, возникает опасность перехода между ними атмосферных перенапряжений. Однако, несмотря на недостатки, автотрансформаторы по-прежнему находят широкое применение в самых различных областях.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Для чего нужен сердечник трансформатора

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-avtotransformator.html

Что такое автотрансформатор?

Каковы устройство и принцип действия автотрансформатора

Электрические потребители нуждаются в трансформации тока до требуемого значения напряжения. Если подобные изменения не определяются в небольшом пределе, можно применять специальный агрегат. Обычный трансформатор имеет в своем составе две катушки. Специальный прибор может иметь всего одну совмещенную обмотку. Это и есть автотрансформатор. Его применяют в том случае, если показатель преобразования не составляет более 1.

В этом случае разница между уровнем тока в первичной и вторичной обмотке будет небольшой. Что такое автотрансформатор, а также основные принципы его работы будет рассмотрено далее.

Принцип устройства

Автотрансформаторы характеризуются определенным устройством и принципом действия. Их первая обмотка является частью второго контура или наоборот. Такие цепи характеризуются электромагнитной и гальванической связью. Повышающий и понижающий агрегат применяются во многих сферах деятельности человека. Причем его характеристики определяются особенностями включения обмоток.

При подключении к катушке переменного тока в сердечнике определяется магнитный поток. В каждом из существующих витков в этот момент будет индуктироваться электродвижущая сила. Причем ее величина будет идентична.

Схема автотрансформатора объясняет принцип работы агрегата. При подсоединении нагрузки вторичный электрический поток будет перемещаться по обмотке. По этому же проводнику в этот момент движется и первичный ток. Оба потока геометрически складываются. Поэтому на обмотку станет подаваться совсем незначительный электрический ток.

Особенности

Схема замещения автотрансформатора позволяет сэкономить на количестве медного проводника. Для такого оборудования необходима проволока меньшего сечения. Это обеспечивает значительную экономию материалов и относительно невысокую стоимость аппарата. Сократить расходы на изготовление представленного оборудования удается благодаря снижению количества стали для изготовления магнитопривода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы значительно отличаются размером сечения сердечника.

Устройство современного автотрансформатора делает оборудование востребованным, если показатель трансформации приближается к 1 или находится в пределах от 1,5 до 2. Если же коэффициент будет больше 3, применение подобного прибора становится неоправданным.

По многим параметрам принцип работы автотрансформатора, его конструкция и детали мало отличаются от обычных двухобмоточных трансформаторов.

Различные режимы работы автотрансформаторов позволяют устранить недостатки бытовой электросети. Это необходимо, например, когда напряжение не дотягивает или, наоборот, немного превышает стандартную норму 220 В. Особенности конструкции автотрансформатора позволяют выполнять настройку с определенным шагом. Электронный автотрансформатор, имеющий в своем составе коммутационную и регулирующую систему выполняет этот процесс автоматически.

Разновидности

На выбор разновидности автотрансформатора влияет его назначение и условия эксплуатации. Чаще всего применяется восемь типов представленных агрегатов:

  1. ВУ-25-Б. Создан для уравнивания токов вторичной обмотки при использовании схемы дифференциальной защиты силовых трансформаторов.
  2. АТД. Мощность находится на уровне 25Вт. Имеет устаревший тип конструкции. Он долго насыщается и применяется достаточно редко.
  3. ЛАТР-1. Принцип действия этого автотрансформатора позволяет применять его при нагрузке 127В.
  4. ЛАТР-2. Изготавливается для бытовой сети (220В). В ЛАТРе позволяется регулировать напряжение при помощи скользящего по виткам катушки контакта.
  5. ДАТР-1. Применяется при незначительной нагрузке в специальном оборудовании.
  6. РНО. Используется в условиях повышенной нагрузки.
  7. РНТ. Эксплуатируется при наиболее сильных нагрузках в сетях специального назначения.
  8. АТНЦ. Применяется для телеизмерительных приборов.

Также существует разделение на агрегаты малой мощности (до 1 кВ), средней мощности (больше 1 кВ) и силовые типы.

Однофазные разновидности

Сегодня применяются однофазный и трехфазный автотрансформатор. В первом случае оборудование представлено такой разновидностью, как ЛАТР. Его применяют для низковольтных сетей. При повышенном напряжении требуется понижающая конструкция, например, автотрансформатор типа 220/110 или 220/100. В этом случае вторичная обмотка входит в состав первичного контура. Повышающий тип автотрансформаторов, наоборот, включает первичную обмотку в состав вторичного контура.

В обеих разновидностях устройств регулирование производится посредством скольжения подвижного контакта по обмоточным виткам. ЛАТРы состоят из магнитопривода кольцеобразной формы. Его обмотка включает в себя один слой. Она состоит из изолированного провода из меди.

Однофазные автотрансформаторы имеют несколько ответвлений, которые отходят от обмотки. Именно эти элементы конструкции определяют, будет ли агрегат работать на повышение или понижение напряжения сети. Чтобы получить плавность настройки вторичного напряжения создается небольшая дорожка на поверхности обмотки. Она очищена от слоя изоляции. По этой дорожке перемещается роликовый или щеточный контакт. Регулировка осуществляется в пределах от 0 до 250 В.

Трехфазные разновидности

Наряду с однофазными применяются и трехфазные аппараты. Они отличаются типом обмотки. Существует автотрансформатор трехфазного типа с двумя и тремя контурами.

Чаще всего обмотки в подобных устройствах соединяются в виде звезды. Они имеют выведенную отдельно точку нейтрали. При помощи направления подведения напряжения выполняется понижение или повышение. Этот принцип положен в основу старта работы мощного двигателя, регулирования электрического тока по ступенчатой системе. Трехфазный тип автотрансформаторов применяется для нагревательных элементов печей.

Приборы с тремя обмотками используются в сетях высоковольтного типа. При этом со стороны высшего напряжения агрегат соединяется с нулевым проводом в звезду. Этот тип контакта способен снизить напряжение с учетом особенностей изоляции аппаратуры. Применение подобных приборов способно повысить уровень КПД системы, а также сэкономить затраты на совершение передачи электроэнергии. Однако в этом случае повышается количество токов короткого замыкания.

Наличие гальванической связи между совмещенными контурами не позволяют использовать представленное оборудование в силовых сетях (6-10 кВ), если напряжение понижается до 0,38 кВ. В этом случае трехфазное напряжение 380В подается непосредственно к электрическим потребителям. На таком оборудовании могут работать люди. Во избежание несчастных случаев применяются в подобных условиях другие разновидности агрегатов.

Недостатки

Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:

  • Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
  • Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
  • Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
  • Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
  • Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.

Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.

Источник: https://protransformatory.ru/vidy/avtotransformator

Автотрансформаторы (ЛАТР). Типы и работа. Применение

Для плавной регулировки напряжения переменного тока в различных работах, связанных с электротехникой, служат автотрансформаторы (ЛАТР). Их чаще всего используют для изменения напряжения в бытовых приборах, строительстве.

Автотрансформатор – это один из видов трансформаторов. Две обмотки в этом приборе имеют между собой прямое соединение. Вследствие этого между ними появляются два вида связи, одна из которых электромагнитная, а другая электрическая. Катушка имеет несколько выводов с разными значениями выхода напряжения. Отличие от обычного трансформатора состоит в повышенной эффективности, вследствие частичного изменения мощности.

Конструктивные особенности

Трансформаторами называют электроаппаратуру с наличием более 2-х и более обмоток, которые имеют индуктивную связь, служащую для изменения электроэнергии по напряжению.

Обмотка может быть одна только у автотрансформатора, либо несколько обмоток, охваченных магнитным потоком, намотанных на сердечник с ферромагнитными свойствами, у других трансформаторов.

Сегодня приобрели популярность 1-фазные трансформаторы (ЛАТР). Это лабораторный вариант трансформатора, в котором обе обмотки между собой не изолированы, а имеют прямое соединение, поэтому кроме электромагнитной связи у них имеется электрическая связь. Такая общая катушка оснащена несколькими выводами. На их выходе можно получить разное по величине напряжение.

Принцип работы

Благодаря особенности конструкции автотрансформаторы могут выдавать как пониженное напряжение, так и повышенное. На рисунке показаны схемы автотрансформаторов с понижением и повышением напряжения.

Если подключить источник переменного тока к Х и «а», то создается магнитный поток. В этот момент в витках катушки индуцируется разность потенциалов одинакового значения. В итоге, между Х и «а» появляется ЭДС, равная значению ЭДС 1-го витка, умноженного на число витков обмотки, находящихся в промежутке между этими точками.

При подключении нагрузки потребителя к катушке к клеммам Х и «а», ток вторичной катушки пойдет по участку обмотки между этими точками. Имея ввиду то, что первичный и вторичный токи между собой накладываются друг на друга, между Х и «а» будет проходить незначительный ток.

Из-за такой особенности работы автотрансформатора основную часть обмотки выполняют из провода малого поперечного сечения, что уменьшает его стоимость. Если необходимо изменить напряжение в небольших пределах, то целесообразно применять такие автотрансформаторы (ЛАТР).

Нашли применение несколько типов автотрансформаторов:

  • ВУ–25 — Б, служит для сглаживания вторичных токов в защитных схемах трансформаторов.
  • АТД — мощность 25 ватт, долгонасыщаемый, имеет старую конструкцию и мало используется.
  • ЛАТР — 1, служит для применения с напряжением 127 вольт.
  • ЛАТР — 2, применяется с напряжением 220 вольт.
  • ДАТР — 1, служит для слабых потребителей.
  • РНО – для мощной нагруженности.
  • АТЦН применяется в измерительных телеустройствах.

Автотрансформаторы также подразделяют по мощности:

  • Малой мощности, до 1000 вольт;
  • Средней мощности, свыше 1000 вольт;
  • Силовые.

Лабораторные автотрансформаторы

Такой вариант исполнения используют в сетях низкого напряжения для регулировки напряжения в условиях лабораторий. Такие однофазные ЛАТР выполнены из ферромагнитного сердечника в виде кольца, на которое намотан один слой медного провода в изоляции.

В нескольких местах обмотки сделаны выводы в виде ответвлений. Это дает возможность применять такие устройства в качестве автотрансформаторов с возможностью повышения, либо понижения напряжения с неизменным коэффициентом трансформации. Сверху на обмотке выполнена узкая дорожка, на которой очищена изоляция. По ней двигается роликовый или щеточный контакт, позволяющий плавно изменять вторичное напряжение.

Витковых коротких замыканий в таких лабораторных автотрансформаторах не случается, так как ток нагрузки и сети в обмотке направлены навстречу друг другу и близки по значению. Мощности ЛАТР выполняют от 0,5 до 7,5 кВА.

Трехфазные трансформаторы

Кроме других вариантов исполнений существуют еще и трехфазные варианты автотрансформаторов. У них бывает, как три, так и две обмотки.

Фазы в них чаще всего соединяют в виде звезды с отдельной точкой нейтрали. Соединение звездой дает возможность понизить напряжение, рассчитанное для изоляции прибора. Для уменьшения напряжения питание подводят к клеммам А, В, С, а выход получают на клеммах а, b, с. Для повышения напряжения все делается наоборот. Такие трансформаторы используют для уменьшения уровня напряжения при запуске мощных электромоторов, а также для регулировки напряжения по ступеням в электрических печах.

Высоковольтные автотрансформаторы применяют в высоковольтных системах сетей. Использование автотрансформаторов оптимизирует эффективность энергетических систем, дает возможность уменьшить стоимость транспортировки энергии, однако при этом способствует повышению токов коротких замыканий.

Режимы работы

  • Автотрансформаторный.
  • Комбинированный.
  • Трансформаторный.

При соблюдении требований эксплуатации автотрансформаторов, в том числе соблюдения контроля температуры масла, он может функционировать длительное время без перегрева и поломок.

Можно выделить такие преимущества:

  • Преимуществом можно назвать высокий КПД, потому что преобразуется лишь малая часть мощности трансформатора, а это имеет значение, когда напряжения выхода и входа отличаются на малую величину.
  • Уменьшенный расход меди в катушках, а также стали сердечника.
  • Уменьшенные размеры и вес автотрансформатора позволяют создать хорошие условия перевозки к месту монтажа. Если необходима большая мощность трансформатора, то его можно изготовить в пределах допустимых ограничений габаритов и массы для перевозки на транспорте.
  • Низкая стоимость.
  • Плавность съема напряжения с подвижного токосъемного контакта, подключенного к обмотке.

Недостатки автотрансформаторов:

  • Чаще всего катушки подключают звездой с нейтралью, которая заземлена. Соединения по другим схемам также возможны, но при их выполнении возникают неудобства, вследствие чего используются редко. Производить заземление нейтрали необходимо через сопротивление, либо глухим методом. Но нельзя забывать, что сопротивление заземления не должно допускать превышения разности потенциалов на фазах в тот момент, когда какая-либо одна фаза замкнула накоротко на землю.
  • Повышенный потенциал перенапряжений во время грозы на входе автотрансформатора делает необходимым монтаж разрядников, которые не отключаются при выключении линии.
  • Электрические цепи не изолированы друг от друга (первичная и вторичная).
  • Зависимость низкого напряжения от высокого, вследствие чего сбои и скачки высокого напряжения оказывают влияние на стабильность низкого напряжения.
  • Низкий поток рассеивания между первичной и вторичной обмоткой.
  • Изоляцию обеих обмоток приходится выполнять для высокого напряжения, так как присутствует электрическая связь обмоток.
  • Нельзя применять автотрансформаторы на 6-10 киловольт в качестве силовых с уменьшением напряжения до 380 вольт, потому что к такому оборудованию имеют доступ люди, а вследствие аварии напряжение с первичной обмотки может попасть на вторичную.

Автотрансформаторы имеют широкую область использования в разных сферах деятельности человека:

  • В устройствах малой мощности для настройки, питания и проверки промышленного и бытового электрооборудования, приборов автоматического управления, в лабораторных условиях на стендах (ЛАТРы), в устройствах и приборах связи и т.д.
  • Силовые варианты исполнений 3-фазных автотрансформаторов применяют для снижения тока запуска электродвигателей.
  • В энергетике мощные образцы автотрансформаторов применяют для осуществления связи сетей высокого напряжения с близкими по напряжению сетями. Коэффициент трансформации в таких устройствах обычно не превосходит 2 – 2,5. Чтобы изменять напряжение в еще больших размерах, требуются другие устройства, а применение автотрансформаторов становится нецелесообразным.
  • Металлургия.
  • Коммунальное хозяйство.
  • Производство техники.
  • Нефтяное и химическое производство.
  • Учебные заведения применяют ЛАТРы для показа опытов на уроках физики и химии.
  • Стабилизаторы напряжения.
  • Вспомогательное оборудование к станкам и самописцам.

Как выбрать автотрансформатор

Для начала определите, где будет использоваться автотрансформатор. Если для испытаний силового оборудования на предприятии, то необходима одна модель, а для питания автомагнитолы во время ремонта, то совсем иная.

При выборе лучше следовать некоторым советам:

  • Мощность. Необходимо рассчитать нагрузку всех потребителей. Их общая мощность не должна быть больше мощности автотрансформатора.
  • Интервал регулировки. Этот параметр зависит от действия прибора, то есть, на повышение или на понижение. Чаще всего приборы относятся к виду с понижением напряжения.
  • Напряжение питания. Если вы хотите подключить автотрансформатор к домашней сети, то лучше приобрести прибор на 220 вольт, а если для 3-фазной сети, то на 380 вольт.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какой газ нужен для аргоновой сварки

С таким прибором вы можете изменить значения напряжения сети и выставить те значения, которые нужны для конкретного вида нагрузки.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/avtotransformatory-latr/

Применение стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения – это устройство, удерживающее ее величину в пределах, соответствующих нормам для успешной эксплуатации подключенных к нему бытовых приборов.

Стабилизаторы напряжения

Каковы эти нормы? В паспорте на любое устройство, питающееся от электрической сети, указан допустимый диапазон напряжений, при котором его эксплуатация не приведет к поломке. ГОСтом же регламентируется, что величина таких отклонений не должна превышать ±10% от величины номинального напряжения.

Причины колебаний напряжений

Но на практике все бывает не так. Существующие на текущий момент трансформаторы, питающие потребителей, перегружены. Проектирование их мощности и монтаж выполнены еще во времена существования Советского Союза. А тогда электроприборов у населения было на порядок меньше, чем сейчас.

Дополнительно вносит свою лепту в колебание напряжения состояние электрических сетей, изготовленных в тот же период времени. Они так же рассчитаны на меньшую нагрузку, чем та, которую тянут сейчас. В итоге часть напряжения остается на проводах линий, так как они имеют свою собственную величину сопротивления. При прохождении тока на сопротивлении возникает падение напряжения, в результате его величина в конце линии меньше, чем в начале.

Еще один фактор – аварийный. При обрывах нулевого провода в системе трехфазных напряжений возникает опасная свистопляска, в результате которой потребители могут получить как меньше 220 В, так и почти 380 В. Этот режим опасен еще и тем, что гарантированно выводит из строя электроприборы, не оставляя им никаких шансов. Обрыв нуля происходит мгновенно, и щелкнуть выключателем или выдернуть вилку из розетки вы точно не успеете.

Последствие размещения трансформаторной подстанции на значительном расстоянии от потребителя, приводящее к увеличению протяженности линий усугубляются еще и несимметричной нагрузкой в трехфазной сети. Если одна из фаз перегружена, на ней напряжение уменьшается. На оставшихся же оно наоборот – увеличивается.

Колебания напряжения в течение дня

Все эти вредные факторы чаще проявляются в сельских сетях и новостройках. В городских квартирах колебания напряжения встречаются реже. Развитие городской инфраструктуры: магазинов, гипермаркетов, строительство новых объектов жилищно-коммунального хозяйства – все это вынуждает энергоснабжающие компании менять трансформаторы на подстанциях. Увеличение их мощности и модернизация электрооборудования подстанций минимизирует колебания напряжения в сети.

В остальных же случаях потребителю приходится защищаться от этого вредоносного явления самостоятельно.

Реле контроля напряжения

Одним из способов такой защиты является установка во вводном щитке потребителя реле контроля напряжения. Его задача – не допустить, чтобы электроприборы, подключенные через него, оказались под напряжением, не соответствующим допустимым пределам. Потребитель самостоятельно с помощью органов управления реле выставляет эти пределы.

Реле контроля напряжения

Выставляют их по допустимым отклонениям, установленным ГОСТом. То есть, нижний предел – 198 В, верхний 242 В. Но этого иногда недостаточно: выход их нормы происходит настолько часто, что жить в доме становится невозможно. Реле при каждом превышении уставки отключает нагрузку, свет в доме гаснет. И появляется он, когда напряжение вновь придет в норму. Диапазон уставок реле приходится расширить.

А это приводит к потере смысла такой защиты. Она не обеспечивает защиту электрооборудования. Да и сидеть без света в любой ситуации не нравится никому.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения не просто фиксируют факт выхода контролируемой величины из нормируемых параметров. Они еще и исправляют ситуацию: корректируют эту величину, вгоняя ее в заданный диапазон.

Для правильного выбора стабилизатора нужно подсчитать суммарную мощность нагрузки, которую планируется к нему подключить. Чтобы сделать выбор в пользу более дешевого агрегата, доработайте схему электроснабжения дома так, чтобы к нему при отключении питания остались подсоединены только электроприемники, значение которых действительно важно. Отбросив ненужное, можно снизить мощность выбранного стабилизатора.

Но не стоит выбирать мощность впритык: иначе при незначительных ее превышениях устройство будет отключаться совсем. Также стабилизатор отключится, если напряжение на его входе выйдет за критические пределы, указанные в паспорте.

По конструкции и принципу действия стабилизаторы разделяются на:

По количеству фаз По способу регулирования
Трехфазные С сервоприводом
Однофазные Релейные
Симисторные

Трехфазный стабилизатор можно заменить тремя однофазными.

Принцип действия стабилизаторов с сервоприводом

Основой этого устройства является автотрансформатор. Он намотан на тороидальном сердечнике, по одной из поверхностей которого, поворачиваясь вокруг центральной оси устройства, ходит графитовая щетка. Часть изоляции обмотки под ней удалена, чтобы обеспечить электрически контакт щетки с проводами обмотки.

https://www.youtube.com/watch?v=Td-YKMzrm_o

Такой же принцип работы имеют лабораторные автотрансформаторы, предназначенные для ручной регулировки напряжения. Для этого их щетка соединена с рукояткой, выведенной нагружу их корпуса прибора. Стабилизатор же управляет движением щетки самостоятельно с помощью маленького моторчика – сервопривода.

Стабилизатор с сервоприводом

Устройство управления сервоприводом постоянно следит за величиной напряжения на выходе. Если оно изменяется, то сигнал управления, обратно пропорциональный направлению изменения, поступает на мотор. Тот вращает бегунок регулятора до тех пор, пока напряжение не придет в норму с заданной точностью.

Чтобы не заставлять щетку постоянно ползать по обмотке, вводится задержка на время реакции по изменению величины контролируемого параметра. Но все равно он откликается на изменение напряжения на выходе быстрее, чем другие типы. Конструкция этого стабилизатора максимально проста, точность регулировки – 2-3%.

Но вот на этом и заканчиваются его достоинства. Главный недостаток связан с наличием механических частей в конструкции. Щетка истирается, подгорает, начинает искрить. Не исключен вариант ее заклинивания в крайнем положении.

При движении щетка замыкает сразу несколько витков обмотки, что приводит к появлению короткозамкнутых витков. Этому еще способствует осаждение продуктов стирания щетки, проводящих ток. Короткозамкнутые витки греются, изоляция на них осыпается.

Процесс продолжается до появления дыма и возгорания.

Принцип работы релейных стабилизаторов

Избавиться от движущихся деталей удалось, выполнив регулировку не плавной, а дискретной. Для этого от автотрансформатора выполнили ряд переключаемых отпаек. Подключая нагрузку к нужному отводу, релейный стабилизатор подгоняет выходное напряжение под величину, наиболее близкую к 220 В. Управляет процессом переключения реле электронный блок, контролирующий напряжение на выходе и вырабатывающий сигнал переключения на нужную отпайку.

Точность регулирования за счет этого снизилась, да и механическая часть осталась. Контакты реле работают постоянно, через них протекает ток нагрузки. За счет этого они подгорают и изнашиваются. К тому же работа стабилизатора сопровождается характерными щелчками, раздражающих некоторых владельцев.

Релейный стабилизатор

Во время переключения реле неизбежно возникает перерыв в питании: одно реле отключилось, а другое – еще не сработало. Недостаток неустранимый: если два реле замкнуть одновременно, замкнется накоротко часть обмотки. И автотрансформатор подгорит, и контакты поплавятся больше, чем обычно. Во время такого прекращения питания моргает освещение, а некоторые электроприборы отключаются.

Еще во время отключения реле в трансформаторе возникает ЭДС самоиндукции, приводящее к импульсным перенапряжениям. С этим борются, устанавливая на выходе ограничители перенапряжений.

В характеристиках релейного стабилизатора указывается, кроме диапазона регулирования, указывается количество его ступеней и точность установки напряжения

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа этого устройства соответствует релейному стабилизатору, но вместо реле используются полупроводниковые приборы – симисторы. Они работают как тиристоры, открываясь при наличии импульса управления. Но в отличие от них проводят ток не в течение одной полуволны, а в обоих направлениях.

В стабилизаторе они работают в ключевом режиме, открываясь от сигнала управления полностью, работая функционально как реле. Управление осуществляется специальным контроллером.

Сложность управления состоит в том, что симисторы переключаются только в момент перехода синусоидального напряжения на них через нулевое положение. Да еще при этом нужно убедиться в том, что предыдущий открытый тиристор уже закрылся.

Иначе произойдет встречное включение двух открытых полупроводниковых приборов на часть обмотки трансформатора. В случае с реле просто подгорят контакты, а симисторы выйдет из строя мгновенно.

Для расширения диапазона работы используется каскадная схема включения ключей управления. Первая ее часть грубо подгоняет напряжение под нужную величину, вторая делает это точнее. Так сокращается количество ключей, а количество ступеней увеличивается.

Симисторный стабилизатор

Достоинство таких стабилизаторов – широкий диапазон регулирования, отсутствие щелчков при работе. Но коммутационные напряжения при этом все равно остаются: не важно, кто переключает обмотки, симистор или реле.

Симисторы – мощные полупроводниковые приборы, и при работе требуют охлаждения. Поэтому в таких стабилизаторах обязательно ставят кулеры. Еще полупроводники не терпят перегрузок, даже незначительных. Поэтому запас по мощности при выборе такого стабилизатора закладывают обязательно.

Сложное по конструкции устройство управления имеет особенность ошибаться при работе или зависать. Помимо возникновения негативных последствий такого сбоя для бытовой аппаратуры, стабилизатор придется еще и отдать в ремонт в специализированный сервисный центр. Найти дефект самостоятельно не выйдет.

Источник: http://electric-tolk.ru/primenenie-stabilizatorov-napryazheniya/

Автотрансформаторы | Устройство и принцип действия

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.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какой газ нужен для TIG сварки

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

Источник: https://rozetkaonline.ru/poleznie-stati-o-rozetkah-i-vikluchateliah/item/183-avtotransformatory-ustrojstvo-i-printsip-dejstviya

Принцип действия и устройство автотрансформаторов: отличия от обычных трансформаторов, сфера применения

Для корректировки и изменения показателей напряжения в пределах маленьких значений используются автотрансформаторы. Устройство и принцип действия этих приборов основана на магнитной и гальванической связи между цепями, так как обмотка напряжения низшего входит в обмотку напряжения высшего. В зависимости от того, какая из них включается, происходит незначительное понижение или повышение напряжения.

Сфера применения автотрансформаторов — питание бытовой техники, промышленные электросети, пуск асинхронных электродвигателей. На крупных производственных объектах они необходимы для повышения напряжения и одновременного уменьшения возможных потерь в линиях электропередач. Благодаря особенностям конструкции, оборудование составило серьезную конкуренцию обычным трансформаторам. В зависимости от назначения, устройствам присваивается буквенное наименование:

  • С — для собственных нужд отдельных электрических станций.
  • П — для электролиний с постоянным током.
  • М — для металлургических предприятий.
  • ПН — для подключения электронасосов погружного типа.
  • Б — для буровых установок и бетоногрейных установок.
  • Э — для экскаваторов с электрооборудованием.
  • ТО — для организации временного освещения или тепловой обработки грунта или бетона.

В преобразователях электромагнитного типа передача энергии между обмотками происходит благодаря возникновению магнитного поля, сосредоточенного внутри магнитопровода. Отличие автотрансформатора от трансформатора заключается в наличии еще и электрической связи.

В момент установки уменьшенного тока в той части обмотки, которая является общей между двумя цепями, возникает увеличение или понижение напряжения.

По мнению специалистов, такое устройство позволяет сэкономить сталь, сократив ее количество для создания магнитопровода с меньшим сечением.

Большинство других деталей в конструкции практически ничем не отличается от комплектующих трансформатора. Принцип функционирования агрегата заключается в следующем: в момент создания нагрузки по обмотке перемещается электрический поток, а по проводнику — ток первичный. Происходит геометрическое сложение двух потоков, в результате чего на обмотку выдаются совсем малые показатели.

Типы агрегатов

В зависимости от схемы автотрансформатора и других особенностей конструкции выделяют несколько разновидностей оборудования. Наиболее популярными являются 8 из них, остальные встречаются реже. Каждый из них выбирается в соответствии с будущими условиями эксплуатации:

  • АТД — оборудование с устаревшей конструкцией мощностью в районе 25 Вт.
  • ВУ- 25-Б — позволяет уравнивать токи на вторичной обмотке, если используется схема дифференциальной защиты для силового трансформатора.
  • ЛАТР-1 — лабораторный автотрансформатор, который может использоваться при 127 В.
  • ЛАТР-2 — предназначен для бытовых сетей с напряжением 220 В, регулирует показатели напряжения контактом, который скользит по виткам обмотки.
  • ДАТР-1 — разработан для функционирования в условиях невысокой нагрузки.
  • РНО — предназначен для сетей с повышенной нагрузкой.
  • АТНЦ — незаменимое оборудование в сфере телеизмерений.
  • РНТ — оборудование, рассчитанное на максимально сильные нагрузки в сетях особого назначения.

Кроме того, классификация предполагает деление агрегатов на группы с малой мощностью (не более 1 кВ), средней мощностью свыше 1 кВ и силовые приборы. Использование автотрансформаторов позволяет повысить КПД в работе энергетических систем, а также уменьшить стоимость транспортировки энергии.

Однофазные и трехфазные приборы

В разных отраслях сегодня используются трехфазные и однофазные агрегаты. Последние представлены таким типом оборудования, как ЛАТР (лабораторные автотрансформаторы, рассчитанные на низковольтные сети). В линиях с повышенным напряжением используются понижающие автотрансформаторы, например, 220/100 и 220/110, в которых вторичная обмотка является частью первичной. В конструкциях повышающего типа первичная обмотка — это часть вторичного контура.

Схема автотрансформатора однофазного типа предполагает несколько отводов, которые ответвляются от основной катушки. Именно они и определяют понижающую или повышающую способность агрегата. В трехфазных конструкциях может быть два или три контура, а соединение обмоток напоминает по форме звезду. Они предназначены для работы нагревательных элементов в печах.

Аппараты, представленные с тремя обмотками, являются рабочими элементами высоковольтных сетей. Тип контакта предполагает соединения нулевого провода со звездой, что позволяет понизить напряжение, повысить КПД линии и уменьшить расходы на передачу энергии. Одним из недостатков является увеличение количества токов короткого замыкания.

Недостатки эксплуатации

Несмотря на то что автотрансформатор гораздо эффективнее и дешевле в эксплуатации, чем обычный трансформатор, в его использовании тоже могут возникать проблемы. Одним из серьезных недостатков является невозможность гальванической развязки обмоток.

Незначительный рассеивающийся электрический поток между обмотками может спровоцировать короткое замыкание при внезапных неисправностях и неполадках. Чтобы не спровоцировать нарушение функционирования агрегатов, вторичная и первичная обмотка должны иметь идентичные соединения.

В представленной системе затрудняется сохранение электромагнитного баланса, нормализовать который можно увеличением корпуса оборудования. При большой трансформации диапазона не получится существенная экономия энергоресурсов.

Принцип работы автотрансформатора и его конструктивные особенности не позволяют сделать систему с односторонним заземлением. При ремонте и устранении аварийных ситуаций персонал, обслуживающий оборудование, может подвергаться опасности из-за вероятности возникновения высшего напряжение и на низших обмотках. В таком случае установится соединение всех элементов с высоковольтной частью, а изоляция проводников может оказаться пробитой, что не допускается правилами безопасности.

Источник: https://220v.guru/elementy-elektriki/transformatory/ustroystvo-shema-i-princip-deystviya-avtotransformatorov.html

Трехфазный трансформатор. Его устройство и схема. | мтомд.инфо

Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов (именно так и работают мощные однофазные трансформаторы, устанавливаемые на крупных электростанциях), у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником, либо один трехфазный трансформатор с общим магнитопроводом.

Устройство трехфазного трансформатора

Трехфазные трансформаторы могут иметь различные схемы соединения первичных и вторичных обмоток. Все начала первичных обмоток трансформатора обозначают большими буквами: А, В, С; начала вторичных обмоток — малыми буквами: а, Ь, с. Концы обмоток обозначаются соответственно: X, У, Z и х, у, z. Зажим выведенной нулевой точки при соединении звездой обозначают буквой О.

Наибольшее распространение имеют соединения обмоток по схеме «звезда» (Y) и «треугольник» (D), причем первичные и вторичные обмотки могут иметь как одинаковые, так и различные схемы. Если при соединении обмоток «звездой» нулевая точка выводится, то такое соединение называют «звезда c нулем» (Yо).

Самым простым и дешевым из них является соединение обеих обмоток трансформатора звездой (Y/Y), при котором каждая из обмоток и ее изоляция (при глухом заземлении нейтральной точки) должны быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток; так как число витков обмотки трансформатора прямо пропорционально напряжению, то, следовательно, соединение обмоток звездой требует в каждой из обмоток меньшего количества витков, но большего сечения проводников с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение.

Схема трехфазного трансформатора

На рисунке приведено устройство трехфазного трансформатора при соединении обеих обмоток звездой (Y/Y). Такое соединение широко применяют для трансформаторов небольшой и средней мощности (примерно до 1800 кВ-А). Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже обходится соединение обмоток треугольником.

Соединение обмоток треугольником конструктивно удобнее при больших токах. По этой причине соединение Y/D широко применяется для трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низшего напряжения не требуется нейтрального провода.

При трехфазной трансформации только отношение фазных напряжений U1ф/U2ф всегда приближенно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток w1/w2; что же касается линейных напряжений, то их отношение зависит от способа соединения обмоток трансформатора.

При одинаковом способе соединения (Y/Y или D/D) отношение линейных напряжений также равно коэффициенту трансформации. Однако при различном способе соединения (Y/D или D/Y) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в √3 раз.

Это дает возможность регулировать вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением способа соединения его обмоток.

Источник: http://www.mtomd.info/archives/2401

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора, устройство, назначение, принцип действия

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.

Вольтодобавочный трансформатор и линейные регуляторы напряжения

Вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) называется устройство, состоящее из двух трансформаторов: последовательного, первичная обмотка которого включается в рассечку линии, и специального регулировочного трансформатора или автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации. Регулировочный автотрансформатор питается от обмотки низшего напряжения силового трансформатора.

Линейным регулятором называется трехфазное вольтодобавочное устройство, которое работает по автотрансформаторной схеме.

2. Назначение

Вольтодобавочные трансформаторы (линейные регуляторы) применяются для регулирования напряжения в отдельных линиях или в группе линий. Их применяют, например, для улучшения работы сетей, в которых используются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. Линейные регуляторы позволяют создать в сети дополнительную ЭДС, которая складывается с вектором напряжения сети и изменяет его. На рис. 1 показано схематическое изображение вольтодобавочного трансформатора (линейного регулятора).

Рисунок 1 – Схемное изображение линейного регулятора

Установка вольтодобавочного трансформатора позволяет выравнивать напряжение в электросети; устранять несимметрию напряжения на определенном участке цепи; снижать опасные последствия отгорания нулевого проводника

3. Принцип работы

Вольтодобавочные трансформаторы имеют одну обмотку, включенную последовательно с линией, в которой регулируется напряжение.

Эта обмотка питается от регулировочного (питающего) трансформатора, а первичная обмотка последнего – от сети или постороннего источника тока.

В зависимости от схемы соединения обмоток вольтодобавочные трансформаторы могут создавать добавочную ЭДС, сдвинутую по фазе относительно основного напряжения или совпадающую с ним. На рис. 2 изображена принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 2 – Принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора

  1. основной трансформатор
  2. последовательный трансформатор
  3. регулировочный трансформатор

4. Схема и конструкция

Более детальная схема линейного регулятора, иллюстрирующая также принцип переключения контактов, представлена на рис. 3.
На ней показаны регулировочный трансформатор 1 и последовательный трансформатор 2. Первичная обмотка 3 регулировочного трансформатора является питающей. Она может быть включена и на фазное А – 0 и на линейное напряжение (А – В, А – С). Вторичная обмотка 4 регулировочного трансформатора имеет такое же переключающее устройство 5 как и транс-форматор с РПН.

Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора присоединен к средней точке вторичной обмотки регулировочного трансформатора. Другой к переключающему устройству. Вторичная обмотка 7 последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой силового трансформатора. Добавочная ЭДС в обмотке 7 складывается с ЭДС силового трансформатора и изменяет ее.

Рисунок 3 – Принцип работы вольтодобавочного трансформатора

На рис. 4 показана трехфазная схема включения в сеть вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 4 – Схема включения вольтодобавочного трансформатора в сеть

Линейные регуляторы работают по автотрансформаторной схеме и представляют собой маслонаполненную конструкцию, имеющую шесть линейных выводов для включения регулятора в рассечку линии в любой ее точке. Схема включения линейного регулятора показана на рис. 5.

  1. Обмотка возбуждения высшего напряжения
  2. Обмотка питания цепей управления
  3. Вольтодобавочная обмотка
  4. Подвижный контакт переключателя
  5. Вспомогательный контакт переключателя с активным токоограничивающим сопротивлением
  6. Неподвижные контакты

Рисунок 5 – Схема включения линейного регулятора

5. Диапазон регулирования

ЭДС, создаваемая линейным регулятором зависит:

  • от величины питающего напряжения;
  • от фазы питающего напряжения;
  • от коэффициента трансформации линейного регулятора.

Включая первичную обмотку питающего трансформатора в разные фазы сети, можно получить разные напряжения на выходе регулятора. В линейном регуляторе выполняется пофазное регулирование. Различают продольное, поперечное и продольно-поперечное регулирование.

При продольном регулировании добавочная ЭДС линейного регулятора ∆Е совпадает по фазе с фазными напряжениями сети. Такой вид регулирования называют также регулирование по модулю.

При поперечном регулировании ЭДС силового трансформатора и добавочная ЭДС оказываются сдвинутыми на 90º. Такое сдвиг можно получить, если, например, для регулирования напряжения в фазе А, обмотку питающего трансформатора включить на линейное напряжение В-С. При этом результирующая ЭДС обмотки силового трансформатора и вторичной обмотки последовательного трансформатора изменяется по фазе.

Поэтому такой вид регулирования называют также регулированием по фазе.
Продольно-поперечное регулирование позволяет регулировать исходное напряжение как по модулю, так и по фазе. Его можно выполнить для регулирования напряжения в фазе А при включении первичной обмотки питающего трансформатора на линейное напряжение А-В.

Вектор добавочной ЭДС при этом будет направлен вдоль линейных напряжений.

Векторные диаграммы изображающие разные виды регулирования показаны на рис. 6.

Рисунок 6 – Регулирование напряжения с помощью линейного регулятора: а) продольное; б) поперечное; в) продольно поперечное.

Линейные регуляторы с продольным регулированием позволяют регулировать напряжения на проблемном участке протяженной сети или при отсутствии на трансформаторе устройства РПН.

Линейные регуляторы с поперечным или продольно-поперечным регулированием выполняют более узкие функции. С их помощью улучшаются условия работы неоднородных замкнутых сетей.

6. Технические характеристики

В настоящее время термин «вольтодобавочный трансформатор» сохранился только за серией специальных регулировочных трансформаторов типа ВРТДНУ, предназначенных для включения в нейтраль автотрансформаторов старых типов, не имеющих РПН в нейтрали или на стороне среднего напряжения. Указанная серия автотрансформаторов выпускается на мощность 120-750 МВА. Регулирование напряжение в радиальных линиях осуществляют при помощи линейных регуляторов типа ЛТМ: ЛТМН, ЛТДН.

7. Применение

Линейные регуляторы могут устанавливаться на отходящих линиях и последовательно с силовым трансформатором. При установке линейного регулятора на отходящих линиях силовой трансформатор выполняет стабилизацию напряжения на шинах подстанции на среднем уровне. Диапазон регулирования в этом случае может быть снижен, что позволяет существенно снизить мощность линейного регулятора, однако требуется установка нескольких регуляторов.

На рис. 7 а) показано схематичное изображение линейного регулятора при включении его последовательно обмотке силового трансформатора, на рис. 7 б) показано включение линейного регулятора на отходящих линиях электропередач.

Рисунок 7 – Включение линейного регулятора в сеть: а) последовательно обмотке силового трансформатора; б) на отходящих линиях электропередач

Линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию, обеспечивают регулирование напряжения в пределах ±10-15 %. Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами. На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор устройством РПН, а на стороне НН устанавливается линейный регулятор, снабженный автоматическим регулированием напряжения.

Источник: https://electricps.ru/vdt

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
Что движется к катоду

Закрыть