Для чего используется автотрансформатор

Автотрансформаторы – устройство, приницип действия, достоинства и недостатки

Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а – понижающего, б – повышающего.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1 , то оба тока геометрически сложатся, и по участку a Х будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.

В электромагнитных преобразователях энергии – трансформаторах – передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации – мало отличается от единицы и но более 1,5 – 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.

Лабораторные регулируемые однофазные автотрансформаторы состоят из кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода, обмотанного одним слоем изолированного медного провода (рис. 2).

От этой обмотки сделано несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать эти устройства как понижающие или повышающие автотрансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В.

При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.

Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Схема лабораторного регулируемого однофазного автотрансформатора

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.

В трехфазных автотрансформаторах фазы обычно соединяют звездой с выведенной нейтральной точкой (рис. 3). При необходимости понижения напряжения электрическую энергию подводят к зажимам А, В, С и отводят от зажимов а, b , с, а при повышении напряжения – наоборот. Их применяют в качестве устройств для снижения напряжения при пуске мощных двигателей, а также для ступенчатого регулирования напряжения на зажимах нагревательных элементов электрических печей.

Рис. 3. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкой

Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы используются также в высоковольтных электрических сетях.

Трехфазные автотрансформаторы, как правило, на стороне высшего напряжения соединяются в звезду с нулевым проводом. Соединение в звезду обеспечивает снижение напряжения, на которое рассчитывается изоляция автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.

Существенный недостаток автотрансформаторов – гальваническая связь между первичной и вторичной цепями, что не позволяет использовать их в качестве силовых в сетях 6 – 10 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди.

При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. При этом все части эксплуатируемой установки окажутся соединенными с высоковольтной частью, что не допускается по условиям безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования.

ЧТО ТАКОЕ АВТОТРАНСФОРМАТОР

Автотрансформатором (АТ) называют разновидность исполнения трансформатора, которая характеризуется наличием на магнитном сердечнике только одной обмотки, имеющей несколько отводов (отпаек).

Каждой отпайке соответствует определённый уровень напряжения. Таким образом, когда говорят о первичной или вторичной обмотке автотрансформатора, подразумевают те или иные обмоточные отпайки.

Особенность электрической схемы автотрансформатора, заключающаяся в наличии только одной обмотки, определяет отличие его технических параметров от характеристики обычного трансформатора.

Основные различия могут быть сформулированы следующим образом:

  • более высокий КПД по сравнению с обычным трансформатором;
  • меньший расход меди и стали при изготовлении обмоточных проводников и магнитопровода, соответственно меньший вес и стоимость оборудования при той же мощности;
  • наличие гальванической связи между первичными и вторичными электрическими сетями.

Повышенный КПД устройства определяется тем, что не вся трансформируемая мощность подвергается электромагнитному преобразованию, так как первичная и вторичная обмотки имеют общий участок. Вследствие этого потери энергии в меди и стали автотрансформатора ниже, чем у трансформатора аналогичной мощности.

Отсутствие необходимости изготавливать и монтировать вторую обмоточную катушку с проводником значительно снижает вес устройства и создаёт лучшие условия для охлаждения меди и стали.

Гальваническую связь между первичной и вторичной электрической сетью принято считать минусом устройства, однако в сетях с заземлённой нейтралью эта особенность роли не играет, а выигрыш в цене оборудования и уменьшение потерь может быть весьма значительным.

ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

Рассмотрим принцип работы устройства на примере самой простой схемы с обмоточной катушкой, имеющей три отвода — два крайних и один средний (рис.1).

Полное число витков обмотки Wв подключено к сети высокого напряжения, часть витков до отпайки Wн — к стороне низкого напряжения. Нижний по схеме вывод является общим.

В случае, когда устройство используется как повышающий преобразователь, на выводы Uн подаётся питающее напряжение, с выводов Uв снимается его повышенное значение в результате трансформации. Если мощность направлена от Uв к Uн, питающее напряжение подключается к отпайкам высокой стороны.

Коэффициент трансформации является масштабным показателем преобразования устройства и в данном случае определяется так же, как для обычного трансформатора:

K = Uв/Uн = Wв/Wн,

то есть численно равен отношению количества витков первичной и вторичной обмотки. Коэффициент трансформации может быть выражен также через значения токов. Соотношение в этом случае будет обратным:

K = Iн/Iв = Wв/Wн,

которое иллюстрирует, что с увеличением числа витков и соответственно значения U обмотки, ток в ней пропорционально уменьшается. Физически это означает, что значения мощностей в обмотках одинаковы, если пренебречь величиной потерь.

Сфера применения автотрансформаторов распространяется на различные отрасли, в числе которых:

  • энергетика (электроснабжение), где данные устройства большой мощности широко применяются на сетевых электрических подстанциях;
  • электроника, в которой многие радиотехнические устройства содержат АТ;
  • лабораторные электротехнические устройства регулирования электрических параметров (ЛАТР).

ЛАБОРАТОРНЫЙ АВТОТРАНСФОРМАТОР (ЛАТР)

Данное устройство предназначено для регулирования сетевого напряжения 220В в широких пределах, нередко от нуля до номинального значения.

В лабораторной практике ЛАТР используется:

  • для испытания различного электрооборудования;
  • как регулируемый источник переменного напряжения.

Основой лабораторного АТ является кольцевой (тороидальный) магнитопровод, на котором расположена обмотка, выполненная медным эмалированным проводом. Крайние выводы обмотки включаются в электрическую сеть 220 вольт, средний вывод обмотки — скользящий.

Токосъёмник среднего вывода имеет следующую конструкцию. Наружный слой обмотки лабораторного АТ зачищен от изоляционного лака с одной из торцевых сторон. По зачищенному участку обмотки перемещается графитовое токосъёмное колесо, прижимаемое к обмотке усилием пружины.

Ось механизма вращения токосъёмника находится в центре тора, а на её конце установлена ручка, при вращении которой перемещается токосъёмник.

Нагрузка лабораторного АТ подключается к одному из крайних выводов и среднему. Таким образом, вращение рукоятки, вызывающее перемещение токосъёмника изменяет число витков обмотки, подключенной к нагрузке, следовательно, и значение U на нагрузке.

В эпоху ламповых телевизоров данное устройство имело широкое применение в качестве ручного регулятора напряжения. Автотрансформатор снабжался стрелочным индикатором выходного напряжения, за уровнем которого потребитель должен был наблюдать и при необходимости производить корректировку вращением рукоятки.

Ось токосъёмника в этих устройствах сопряжена с электронным сервоприводом, который автоматически устанавливает токосъёмник в положение, обеспечивающее номинальное значение напряжения на выходе. Сервопривод управляется электронной системой контроля.

Примечание. Электромеханические стабилизаторы напряжения относятся к наиболее точным приборам. Малая величина их погрешности обусловлена бесступенчатой системой регулирования.

СИЛОВЫЕ АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Применение автотрансформаторов на высоковольтных электрических подстанциях в качестве альтернативы обычным трансформаторам имеет чисто экономический смысл.

В сетях с изолированной нейтралью автотрансформаторы не используются, так как при однофазном коротком замыкании, в смежной сети происходит недопустимое повышение напряжения.

Широкое применение в энергосистемах получили трёхобмоточные автотрансформаторы как в трёхфазном исполнении, так и в виде группы из трёх однофазных устройств. Каждая из трёх обмоток — высокого напряжения (ВН), среднего напряжения (СН) и низкого напряжения (НН) подключена к соответствующей электрической сети.

Данные АТ являются, по сути, гибридами традиционного трансформатора и автотрансформатора. Две ступени этих устройств (ВН и СН) гальванически связаны между собой, а третья (НН) имеет с ними только электромагнитную связь.

В зависимости от того, какие ступени АТ задействованы, трёхобмоточный автотрансформатор способен работать в одном из трёх режимов:

  • автотрансформаторный режим, при котором задействованы только ступени ВН и СН, имеющие гальваническую связь;
  • трансформаторный режим, который реализуется при работе одной из пар ступеней — ВН и НН либо СН и НН;
  • смешанный режим осуществляется при работе всех трёх ступеней автотрансформатора.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Автотрансформатор-применение и использование

Автотрансформаторы -это специальные силовые трансформаторы ,намотанные одной обмоткой с отводами. Приставка «авто» здесь не определяет какой-либо автоматический процесс, а указывает на то что задействована только одна катушка, которая работает одна. Эти трансформаторы являются отличным выбором для использования в устройствах, требующих низкое напряжение.

Надо иметь в виду что наиболее рационально их использовать при небольших коэффициентах трансформации. При увеличении коэффициента трансформации, например 220В -12В автотрансформатор применять уже смысла не имеет.

В энергетике — автотрансформаторы широко используются в силовых цепях .Отлично работают на различных классах напряжения, до 132 кВ для передачи электроенергии. В длинных линиях электропередач, автотрансформаторы с автоматическим регулированием применяют для осуществления связи сетей высокого напряжения с близкими по напряжению сетями. Коэффициент трансформации в таких устройствах обычно не превосходит 2 – 2,5.

В аудиосистемах — автотрансформаторы используются в аудио-устройствах, которые адаптируют акустические системы к постоянному напряжению аудио распределительной системы, и для согласования импеданса.

В железнодорожном транспорте — автотрансформаторы применяются на железных дорогах для связи контактного провода с рельсой и с проводником питания для увеличения полезного расстояния передачи ,а также уменьшения помех, индуцированных во внешнее оборудование.

В промышленности -силовые трехфазные автотрансформаторы применяют для снижения тока запуска электродвигателей.

В быту -в составе сервоприводных механических стабилизаторов напряжения. Этот тип стабилизаторов отличается сложностью изготовления и стоимостью. Однако является наиболее точным при изменении напряжения,т.к. позволяет изменять напряжение с небольшим шагом и ,самое главное,плавно.

Ниже приведем несколько вариантов применения автотрансформаторов.

Испытание электронного устройства после ремонта — после ремонта, для испытания прибора необходимо подать на него номинальное напряжение. Лабораторный автотрансформатр (ЛАТР) позволяет подавать уменьшенное напряжение и мониторить процесс испытания. Если высокое напряжение подается сразу, без тестирования, прибор выгорает. Можно также подключить старый усилитель или радио с помощью автотрансформатора. Электролитические конденсаторы могут быть восстановлены если подавать на них пониженное напряжение.

Для регулировки напряжения питания переменного тока — автотрансформатор может легко регулировать выходное напряжение источника питания переменного тока. В настоящее время автотрансформаторы применяются для изменения напряжения , подаваемого на электродвигатели. Таким образом позволяют регулировать скорость вращения. Аналогично могут использоваться в системах нагрева. Где изменение нагрева спирали достигается, изменением напряжения на автотрансформаторе. Например в устройствах резки плит из стиродура и пенопласта позволяют регулировать напряжение и ,соответственно, поддерживать рабочую температуру.

Для компенсации падения напряжения в линии электропередач — длинные линии электропередач страдают от падения напряжения у потребителя, при большом отборе мощности. Автотрансформатор может компенсировать эту потерю напряжения.

В конструкции с нерегулируемым источником питания постоянного тока — нерегулируемый источник питания постоянного тока может быть построен с помощью автотрансформатора. Тем не менее, это должно быть сделано только тогда, когда это допустимо с точки зрения безопасности. Автотрансформаторы не позволяют гальванически развязать цепи высокого и низкого напряжения. Они электрически связаны. Таким образом риск поражения током возрастает.

Что такое автотрансформатор?

Для преобразования напряжения в электротехнике используют трансформаторы или автотрансформаторы. Из-за схожести названий этих двух устройств их часто путают или приравнивают к одному и тому же. Однако это не так, хоть и принцип действия подобен, но принципиально различается конструкция и их сфера применения. Поэтому давайте рассмотрим отличия трансформатора от автотрансформатора, чтобы понять, в чем все же разница.

Назначение автотрансформатора

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

Основные отличия

Чтобы вам было легче понять, в чем разница между обычным трансформатором и автотрансформатором, мы собрали в таблицу их основные отличия:

Трансформатор Автотрансформатор
КПД КПД автотрансформатора больше чем у обычного, особенно при незначительной разности входного и выходного напряжения.
Количество обмоток Минимум 2 и больше в зависимости от количества фаз 1 и более, равно количеству фаз
Гальваническая развязка Есть Нет
Опасность поражения электрическим током при питания бытовых электроприборов При выходном напряжении менее 36 Вольт – невелика Высокая
Безопасность для запитанных приборов Высокая Низкая, при обрыве в катушке на витках после отвода к нагрузке, на неё попадет всё напряжение питания
Стоимость Высокая, расход меди и стали для сердечников большой, особенно у трёхфазных трансформаторов Низкая, из-за того что для каждой фазы лишь 1 обмотка, расход меди и стали меньшие

Трансформаторы применяются всюду – от электростанций и подстанций, рассчитанных на десятки и сотни тысяч вольт, до питания малой бытовой техники. Хотя в последнее время используются блоки питания, но и их основой является генератор и трансформатор на ферритовом сердечнике.

Автотрансформаторы используются в бытовых стабилизаторах сетевого напряжения. Часто ЛАТРы используют в лабораториях при тестировании или ремонте электронных устройств. Тем не менее они нашли своё применение и в высоковольтных сетях, а также для электрификации железных дорог.

Например, на ЖД используются такие изделия в сетях 2х25 (два по 25 киловольт). Как на схеме выше в малонаселенных районах прокладывается линия 50 кВ, а к электропоезду по контактному проводу подаётся 25 кВ от понижающего автотрансформатора. Таким образом уменьшается число тяговых подстанций и потери в линии.

Теперь вы знаете, в чем принципиальное отличие трансформатора от автотрансформатора. Для закрепления материала рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

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

Устройство автотрансформатора

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

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

Принцип действия автотрансформатора

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 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.

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.

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.

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).

Типы автотрансформаторов
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.

Достоинства и недостатки
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.
Применение
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.

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

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий