В чем различие и особенность трансформаторов и автотрансформаторов

В чем различие и особенность трансформаторов и автотрансформаторов

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Различное электрооборудование и современные электрические сети в целом используют для своей работы прежде всего переменный ток. Переменный ток питает двигатели, индукционные печи, станки, компьютеры, обогреватели, ТЭНы, осветительные приборы, бытовую технику.

Переоценить значимость переменного тока для современного мира невозможно. Однако для передачи электрической энергии на большие расстояния используется высокое напряжение. А техника требует для своего питания напряжения пониженного — 110, 220 или 380 вольт.

Поэтому после передачи на расстояние электрическое напряжение необходимо понизить. Понижение осуществляют ступенями при помощи трансформаторов и автотрансформаторов.

Вообще трансформаторы бывают повышающими и понижающими. Повышающие трансформаторы установлены на генерирующих электростанциях, где они повышают получаемое от генератора переменное напряжение до сотен тысяч и даже миллиона вольт, приемлемых для передачи на большие расстояния с минимальными потерями энергии. А потом это высокое напряжение понижается опять же при помощи трансформаторов.

Обычный силовой или сетевой трансформатор — это электромагнитный агрегат, назначение которого — изменить действующее значение переменного напряжения, подаваемого на его первичную обмотку. Трансформатор в каноническом виде имеет несколько обмоток, но минимум — две — первичную и вторичную.

Витки всех обмоток трансформатора обвивают общий магнитопровод — сердечник. На первичную обмотку подается напряжение величину которого необходимо изменить, ко вторичной (вторичным) обмотке (обмоткам) присоединяется потребитель или сеть с розетками, от которых будут питаться многочисленные потребители.

Действие трансформатора основано на законе электромагнитной индукции Фарадея. Когда по виткам первичной обмотки течет переменный ток, в пространстве внутри (в основном) обмотки действует переменное электромагнитное поле данного тока.

Это переменное магнитное поле способно навести ЭДС индукции во вторичной обмотке, которая охватывает пространство действия магнитного потока первичной обмотки. В обычном трансформаторе первичные обмотки гальванически изолированы от первичных.

В автотрансформаторе часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной. Автотрансформаторы целесообразно использовать тогда, когда напряжение нужно понизить лишь немного, не в разы, как это делают обычные трансформаторы, а например в 0,7 раз.

Таким образом главное отличие трансформатора от автотрансформатора заключается в том, что у обычного трансформатора обмотки электрически изолированы друг от друга, а обмотки автотрансформатора имеют общие витки и поэтому всегда связаны гальванически. У трансформатора каждая обмотка имеет минимум два собственных вывода, у автотрансформатора один вывод всегда окажется общим для первичной и вторичной обмоток.

Автотрансформаторы широко применяются в сетях с напряжением более 100 кВ, поскольку при ступенчатом понижении напряжения, когда ясно, что обмотки конечного трансформатора будут гальванически изолированы, отсутствие гальванической развязки на ступени автотрансформатора не критично.

Зато с экономической точки зрения автотрансформаторы куда выгоднее обычных. У них меньше потери в обмотках за счет меньшего количества меди в проводах чем у обычных трансформаторов аналогичной мощности.

Размер автотрансформатора при той же мощности меньше — меньше расходы на материалы и сердечник. У автотрансформаторов более высокий КПД, ибо преобразованию подвергается лишь часть магнитного потока. Да и в целом стоимость автотрансформатора получается ниже.

К недостаткам автотрансформатора, в отличие от обычного, можно отнести отсутствие гальванической развязки между первичной и вторичной цепью. Если изоляция по какой-нибудь причине окажется нарушена, обмотка низшего напряжения окажется под высоким напряжением. Поэтому автотрансформаторы обычно не используют в быту дабы не подвергать обывателя опасности поражения током.

На напряжении до 1000 вольт автотрансформаторы используются для регулирования напряжения в виде лабораторных приборов — лабораторных автотрансформаторов (ЛАТРов) и в составе электромеханических стабилизаторов напряжения.Различное электрооборудование и современные электрические сети в целом используют для своей работы прежде всего переменный ток. Переменный ток питает двигатели, индукционные печи, станки, компьютеры, обогреватели, ТЭНы, осветительные приборы, бытовую технику.

Ранее ЭлектроВести писали, что 19 августа на Днестровскую гидроаккумулирующую станцию доставлено блочный силовой трансформатор Т-4.

По материалам: electrik.info.

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

Автотрансформатор и трансформатор

 

Отличие автотрансформатора от трансформатора заключается в том, что две его обмотки электрически соединяются между собой, что обуславливает передачу мощности от одной обмотки к другой не только электромагнитным, но и электрическим путем.

 

 

У много обмоточного автотрансформатора электрически соединены обмотки ВН и СН, а обмотки НН имеет с ними электромагнитную связь. Три фазы обмоток ВН и СН соединяются в «звезду», и общая нейтраль их заземления; обмотки НН всегда соединяются в «треугольник».

 

Обмотки НН понижающего автотрансформатора помимо своего основного назначения создавать цепь с малым сопротивлением для прохождения токов третьих гармоник и тем самым избегать искажения синусоидального напряжения (улучшает симметрию напряжения в сети) — используется для питания нагрузки, а также для подключения компенсирующих устройств и последовательно регулировочных трансформаторов.

 

Автотрансформаторы не пригодны для использования в сетях с разземленной нейтралью. Объясняется это недопустимым увеличением напряжения выводов обмоток АТ относительно земли, при замыкании на землю фазы в сети СН или ВН, в случае не заземления нейтрали. Так при однофазном замыкании на землю в сети СН на последовательную обмотку соответствующей фазы АТ при незаземленной нейтрали на нем будет воздействовать полное фазное напряжение сети ВН (Uв/√3) вместо напряжения (Uв-Uс/√3), на которое эта обмотка рассчитана, причем напряжение на выводах СН АТ возрастет почти до значения, равного Uв; также резко увеличивается напряжение, приложенное к обмоткам СН неповрежденных фаз. В свою очередь обязательное заземление нейтрали автотрансформатора приводит к чрезмерному увеличению токов однофазного КЗ в сетях, что требует в ряде случаев принятия соответствующих мер для ограничения токов КЗ. Поэтому установка разъединителя в нейтрали автотрансформатора не допускается.

Что такое автотрансформатор? Чем отличается трансформатор от автотрансформатора

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.

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.

Для работы электрооборудования различного назначения требуется разное напряжение. Так, например, бытовое оборудование рассчитано на 220 или 110 В. Промышленное — обычно на 380 В. А так как при передаче электрического тока на большие расстояния требуется высокое напряжение (для снижения общих потерь электроэнергии при транспортировке), то для питания местных сетей его последовательно по ступеням снижают. Все эти преобразования напряжений осуществляют с помощью трансформаторов или же их разновидности — автотрансформаторов.

Трансформаторы, в зависимости от потребностей, бывают повышающие (повышают напряжение) и понижающие (понижают напряжение). И в том, и другом случае сущность работы данного прибора одна — добиться требуемого напряжения электрического тока.

Определение

Трансформатор — статический электромагнитный агрегат, преобразующий переменный ток одного напряжения в ток другого напряжения (понижает или повышает), а также для преобразования частоты и числа фаз.

Трансформатор обычно состоит из нескольких обмоток (двух и более), намотанных на общий стальной сердечник. Одна обмотка подключается к источнику переменного тока, а другая (другие) обмотка соединяется с потребителем электрического тока. Действие прибора основано на использовании электромагнитной индукции (закон Фарадея). Иными словами, изменение проходящего через обмотку магнитного потока создает в этой обмотке электродвижущую силу. В трансформаторах, работающих на сверхвысоких частотах, иногда может отсутствовать магнитопровод, такие устройства называются воздушными. В случаях, когда требуется менять напряжение в небольших пределах, используют автотрансформатор.

Конструкция трансформатора

Автотрансформатор — это такой тип трансформатора, где первичная и вторичная обмотки объединены в одну (вторая является неотъемлемой частью первой). За счет этого они имеют между собой не только электромагнитную, но и электрическую связь. Кроме того, обмотка автотрансформатора оборудована, как минимум, тремя выводами, благодаря чему имеется возможность подключения к разным выводам, и получения на выходе различных напряжений.

Отличие

Итак, главным отличием трансформатора от автотрансформатора является количество обмоток. У трансформаторов их две и более, у автотрансформаторов одна.

Автотрансформаторы нашли широкое применение в сетях с напряжением 150 кВ и выше, за счет меньшей, чем у трансформаторов, стоимости, меньшим потерям в обмотках активной мощности (в сравнении с трансформаторами такой же мощности). Кроме того, автотрансформаторы по своим габаритам гораздо меньше трансформаторов.

Главным преимуществом автотрансформаторов перед другими видами трансформаторов, является их более высокий КПД, так как преобразованию в них подвергается только часть мощности. Кроме того, из-за меньшего расхода стали для сердечника, меди на обмотки, меньшим габаритам и весу стоимость данного вида трансформаторов существенно ниже, чем у других вариантов.

Недостатком автотрансформаторов (в сравнении с трансформаторами) является отсутствие между первичной и вторичной обмотками электрической изоляции. Это не важно для промышленных сетей, где в любом случае нулевой провод обязательно заземляется, но неприемлемо для применения в быту, т.к. при авариях в автотрансформаторах высшее напряжение с первичной обмотки вполне может оказаться приложенным к низшему (пробой изоляции токопроводящих частей). В результате, все части установки будут соединены с высоковольтной частью, что недопустимо по правилам безопасности при обслуживании подобного оборудования. Для бытовых нужд обычно используется более надежный и безопасный трансформатор.

Выводы сайт

1. Количество обмоток у трансформатора две и более, у автотрансформатора — одна.
2. Автотрансформатор менее надежен и более опасен в эксплуатации, чем трансформатор.
3. Стоимость автотрансформатора значительно ниже, чем у трансформатора.
4. У автотрансформатора более высокий, чем у трансформатора, КПД.
5. Трансформатор, в отличие от автотрансформатора, имеет значительно большие размеры.

Трансформаторы являются довольно разнообразной группой оборудования, имеющей существенные внутренние различия по назначению и конструктивным особенностям. Кроме того, работа различного оборудования требует различного напряжения. Существуют средние значения. Которые учитываются при составлении технического допуска на подключение. Например, домашние бытовые приборы рассчитаны на 220, а то и на 110 В. А вот оборудование промышленного типа использует 380 В. Для них предусмотрены свои варианты, более легкие и недорогие. Но прежде чем решиться на использование, следует знать в чем разница между трансформатором и автотрансформатором.

Для чего снижают напряжение?

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует высоких показателей напряжения, в противном случае потери при транспортировке энергии сделают процесс нерентабельным. Но, чтобы использовать электроэнергию в промышленных и, тем более, бытовых целях, требуется ее снижение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильных аналогов — автотрансформаторов.

Несмотря на то, что все приборы такого типа призваны преобразовать исходное напряжение до желаемого, трансформаторы можно разделить на два типа. Первые — повышающие — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для продолжения транспортировки или для использования в промышленных целях. Вторые — понижающие — напротив, снижают напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Что представляют собой оба устройства?

Любой трансформатор — это прибор статического типа, который преобразует переменный ток, частоту, а также число фаз. Это устройство включает в себя две или больше обмоток, которые наматываются на один для всех сердечник из стали. Одна из обмоток обязательно должна быть подключена к источнику переменного тока. Остальные могут быть соединены с конечными потребителями. В результате между ними наблюдается как электромагнитная, так и электрическая связи. Дополнительно обмотка автотрансформатора оснащена тремя и более выводами, то есть имеется возможность подключаться к разным выводам и, соответственно, получать разные значения напряжения.

В основе принципа работы лежит небезызвестная электромагнитная индукция. Проще говоря, меняющийся при прохождении через обмотку магнитный поток образует в ней электродвижущую силу.

Такой тип трансформаторов прекрасно подходит для смены напряжения в сравнительно малом диапазоне.

В чем отличия трансформатора от автоварианта?

Разница между трансформатором и автотрансформатором — это число обмоток. Больше — у трансформаторов, автотрансформаторы имеют всего один экземпляр.

Очевидные плюсы автовариантов обнаруживаются при применении в сетях с уровнем напряжения от 150 кВ и более. Эти приборы дешевле, да и потери в обмотках у них на порядок меньше. Размером автотрансформаторы тоже уступают своим статичным аналогам.

Помимо этого, у автотрансформаторов гораздо выше коэффициент полезного действия. Такое возможно благодаря частичному преобразованию мощности. Стоимостные преимущества же обосновываются меньшим расходом материалов, а соответственно, меньшей массой и большей компактностью.

Трансформатор являет собой электрическое устройство, которое передает электрическую энергию между двумя или более цепями посредством электромагнитной индукции. Его принцип действия заключается в том, что переменный ток в одной катушке трансформатора создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует переменную электродвижущую силу (ЭДС) или «напряжение» во второй катушке.

На сегодняшний день существует немало различных типов трансформаторов. Наиболее часто встречающимися типами в промышленности являются силовые трансформаторы и распределительные трансформаторы. Иногда их путают, поэтому в данном материале постараемся ответить на вопрос, чем силовые трансформаторы отличаются от распределительных.

Если говорить коротко, то те трансформаторы, которые установлены в конечной или принимающей точке длинной высоковольтной линий электропередач, являются силовыми трансформаторами. А распределительные трансформаторы – это те устройства, которые установлены рядом с терминалами нагрузки (например, город или село), чтобы обеспечить использование напряжения на потребительских терминалах. Ниже приведены некоторые дополнительные различия между силовыми и распределительными трансформаторами.

• Силовые трансформаторы используются в сети передачи с более высоким напряжением для повышения и понижения напряжения (400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ) и, как правило, имеют номинальное значение свыше 200 МВА (мега вольт ампер)
• Распределительные трансформаторы используются для распределительных сетей с низким напряжением в качестве средства для подключения конечных пользователей. (11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В, 230 В) и обычно имеют номинальное значение менее 200 МВА
• Силовой трансформатор обычно имеет одну первичную обмотку и одну вторичную обмотку, а также один вход и выход. Распределительный трансформатор может иметь одну первичную обмотку и одну разделенную вторичную обмотку или две или более вторичных обмоток.
• Силовые трансформаторы, как правило, работают при почти полной нагрузке. Однако распределительный трансформатор работает при легких нагрузках в течение большей части дня.
• Производительность силовых трансформаторов обычно анализируется коммерческой или максимальной эффективностью, поскольку они рассчитаны на максимальный КПД при полной нагрузке. Принимая во внимание, что производительность распределительного трансформатора оценивается по эффективности суточного времени работы трансформатора, поскольку они рассчитаны на максимальный КПД при нагрузке 60-70%, поскольку они обычно не работают при полной нагрузке в течение всего дня.
• В силовых трансформаторах плотность потока выше, чем в распределительных трансформаторах.
• В силовых трансформаторах первичная обмотка всегда подключена в звезду и вторичная обмотка имеет соединение в виде треугольника, в то время как в распределительных трансформаторах, первичная обмотка соединена в треугольник, а вторичная в звезду.
• В подстанции на конце линии передачи подключение силового трансформатора представлено в виде «звезда-треугольник» (чтобы понизить уровень напряжения).
• В начале линии передачи подключение силового трансформатора принимает вид «треугольник-звезда» (для повышения напряжения).

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

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

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

Устройство автотрансформатора

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

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

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

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

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

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

Чем автотрансформатор отличается от трансформатора и для чего он нужен | ЭТМ для профессионалов

Для повышения или понижения напряжения и гальванической развязки цепей используются трансформаторы. Обычный трансформатор состоит из двух и более обмоток не соединённых друг с другом, расположенных на одном сердечнике.

Но изменить величину напряжения можно и с помощью другого устройства — автотрансформатора, принцип действия и сферы применения которого мы и рассмотрим сегодня.

Отличия от трансформатора

Прежде чем перейти к разговору об автотрансформаторе, давайте вспомним как устроен обычный трансформатор. Он состоит из сердечника, на котором расположены две или больше обмоток. Обмотка, которая подключается к источнику питания называется первичной (w1), а обмотка, к которой подключается нагрузка — вторичной (w2).

Рисунок 1 — электромагнитная схема трансформатора

Рисунок 1 — электромагнитная схема трансформатора

При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, создаётся магнитный поток Ф и замыкается в сердечнике. Так как вторичная обмотка намотана на том же сердечнике, то магнитный поток, пересекая её витки, наводит в них ЭДС. При подключении ко вторичной обмотке нагрузки Zн индуцированная ЭДС порождает электрический ток. Ток вторичной обмотки влияет на ток первичной обмотки так, что при увеличении тока нагрузки (тока во вторичной обмотке) увеличивается ток в первичной.

Так как индуктированная ЭДС в каждом витке одинаковая, то напряжение первичной и вторичной обмоток зависят только от соотношения количества витков между ними, а это соотношение называется коэффициентом трансформации: k=w1/w2.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи и мощность из одной обмотки в другую передаётся электромагнитным путём, а магнитопровод (сердечник) на котором они расположены усиливает индуктивную связь между обмотками.

Рисунок 2 — схема трансформатора

Рисунок 2 — схема трансформатора

Вернёмся к теме, согласно п. 2.25 ГОСТ 16110-82 автотрансформатор — это трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть.

Фраза «гальванически связаны» — значит, что между первичной и вторичной обмоткой есть электрический контакт. Для наглядности ещё раз изобразим обычный трансформатор и пронумеруем выводы его обмоток: начало и конец первичной — цифрами 1 и 2, а вторичной — цифрами 3 и 4.

Рисунок 3 — схема трансформатора

Рисунок 3 — схема трансформатора

Если соединить вывод 2 с выводом 3 (рисунок 4 — а), то мы получим автотрансформатор. Но такого обозначения на схеме вы не встретите нигде, обычно их изображают как на рисунке 4 — б.

Рисунок 4 — автотрансформатор: а) соединение обмоток для сравнения с трансформатором; б) обозначение на схеме

Рисунок 4 — автотрансформатор: а) соединение обмоток для сравнения с трансформатором; б) обозначение на схеме

На рисунке 5 видим, что обмотка 1-4 первичная, так как к ней подключён источник питания. А вот с обмоткой 3-4 дело обстоит интереснее: так как к ней подключена нагрузка то логично её называть вторичной, но при этом она является частью первичной обмотки.

Примечание. У автотрансформаторов часть от точки подключения к сети до точки подключения нагрузки называют «последовательной», потому что она фактически соединяется последовательно с нагрузкой, а часть обмотки к которой подключается нагрузка называют «общей». Но далее в статье предлагаю называть их «первичной» и «вторичной» обмотки для поддержания аналогии с обычными трансформаторами, по той логике, что нагрузка подключается ко вторичной обмотке, а питание к первичной.

В зависимости от конкретного случая источник переменного тока и нагрузку подключают к разным выводам, например, если подключить источник питания к выводам 1 и 4, а нагрузку к выводам 3 и 4 — мы получим понижающий автотрансформатор. Если подключить питание к выводам 3 и 4, а нагрузку к 1 и 4 — получим повышающий автотрансформатор.

Принцип действия

Рассмотрим принцип работы автотрансформатора, и предположим, что у нас понижающий автотрансформатор к которому питание и нагрузка подключены как изображено на рисунке 4 — в.

Электрический ток, протекая по обмотке 1-4 автотрансформатора, создаёт в сердечнике переменный магнитный поток, который индуктирует в обмотке ЭДС E. При этом ЭДС каждого витка одинакова, и ЭДС во вторичной обмотке E2 будет пропорциональна количеству её витков (w2), относительно полного количества витков автотрансформатора (w1+w2), то есть между точками 1 и 4.

Соотношения этих ЭДС можно записать так:

E/E2=W/w2,

где E – ЭДС индуктированная во всей обмотке, E2 – ЭДС вторичной обмотки, W – общее количество витков первичной и вторичной обмотки (W=w1+w2).

Кстати отношение W/w2 называют коэффициентом трансформации и обозначают латинской буквой k, то есть k=W/w2.

То есть если у нашего автотрансформатора всего 100 витков, при этом нагрузка подключается к последним 30 виткам, то если мы подадим на концы катушки переменное напряжение U1=10 вольт, то на нагрузке будет U2=3 вольта.

Рисунок 5 — электромагнитная схема, напряжения и токи в обмотках автотрансформатора

Рисунок 5 — электромагнитная схема, напряжения и токи в обмотках автотрансформатора

Особенности: ток первичной и вторичной обмоток, мощности

В трансформаторе мощность от источника питания и первичной обмотки передаётся во вторичную обмотку и нагрузку через магнитное поле, пронизывающее сердечник. Электрической связи между обмотками нет. У автотрансформатора обмотки связаны друг с другом, даже более того, «вторичная» обмотка – это часть первичной обмотки. Поэтому мощность от источника питания в нагрузку передаётся и через электрическую, и через магнитную связь.

Из этого вытекает несколько особенностей, и для начала рассмотрим токи в обмотках автотрансформатора. Ток первичной , вернее последовательной части обмотки обозначим как I1, ток нагрузки — I2, а ток, протекающий во вторичной обмотке — I12.

Если составить по первому правилу Кирхгофа уравнение токов, для точки соединения обмоток 2-3, то ток нагрузки I2 состоит из суммы токов I1 и I12:

I2=I1+I12

Выразим ток вторичной обмотки I12:

I12=I2-I1

То есть ток вторичной обмотки равен разницы тока нагрузки и тока первичной обмотки.

И что это нам даёт?

Допустим, к сети напряжением 220В нужно подключить нагрузку с номинальным напряжением 110В, мощность которой составляет 1 кВт.

Для этой задачи можно использовать трансформатор с коэффициентом трансформации 2, давайте рассчитаем номинальный ток нагрузки (вторичной обмотки):

I2=Pн/U2=1000/110=9,1 А.

Ток первичной обмотки, потребляемый трансформатором из сети 220В составит:

I1=Pн/Uс=1000/230=4,34 А.

Таким образом ток вторичной обмотки составит 9,1А, а ток первичной – 4,34 А.

При использовании для этой задачи автотрансформатора с коэффициентом трансформации 2, из сети будет потребляться ток:

I1=Pн/Uс=1000/220=4,34 А.

Ток нагрузки будет таким же, как и в предыдущем случае:

I2=Pн/U2=1000/110=9,1 А.

А вот ток вторичной обмотки:

I12=I2-I1=9,1-4,34=4.76 А

То есть в этом конкретном случае и первичную и вторичную обмотки можно намотать одинаковым проводом, а при использовании трансформатора для вторичной обмотки понадобился бы провод, условно, в два раза большего сечения.

Для большей наглядности давайте посчитаем то же самое, только представим, что у нас есть нагрузка рассчитанная на другое напряжение, например, на U2=175 вольт (величина взята для примера). В этом случае коэффициент трансформации автотрансформатора будет меньше — 1,31. Потребляемый из сети ток останется таким же:

I1=Pн/Uс=1000/220=4,34 А

Рассчитаем ток нагрузки:

I2=Pн/U2=1000/175=5,71 А

Тогда ток вторичной обмотки составит:

I12=I2-I1=5,71-4,34=1.37 А

При использовании трансформатора для этой же задачи ток вторичной обмотки составил бы:

I2=I1×k=5.6 А

Мы видим разницу между токами вторичной обмотки в 5 раз. Это позволяет намотать вторичную обмотку проводом меньшего сечения, чем пришлось бы использовать во вторичной обмотке обычного трансформатора. При этом чем меньше коэффициент трансформации, тем меньше ток во вторичной обмотке автотрансформатора. При коэффициентах трансформации больше 2 это преимущество нивелируется.

В этом и заключается первое преимущество автотрансформатора перед трансформатором.

Примечание — в расчетах я не учитывал потери, коэффициенты мощности и прочее, их цель проиллюстрировать разницу между устройствами, а не рассчитать реальную электрическую цепь.

Для автотрансформаторов выделяют проходную и расчётную мощности, давайте разберёмся в чём их отличие и на что они влияют.

Как уже неоднократно отмечалось, у трансформатора вся мощность из первичной обмотки во вторичную передаётся с помощью магнитного поля. При этом сердечник подбирается по мощности трансформатора, то есть чем мощнее трансформатор – тем больше должен быть сердечник.

У автотрансформатора мощность из сети передаётся в нагрузку не только за счёт магнитной связи, но и за счёт электрической связи между обмотками. Поэтому выделяют несколько видов мощности.

Проходная мощность Sпр — это произведение выходного напряжения на ток нагрузки:

Sпр=U2×I2

Расчётная мощность Sрасч (она же трансформаторная или типовая) — это мощность, которая передаётся из сети в нагрузку магнитным полем, и составляет лишь часть от проходной. Оставшаяся часть от проходной мощности передаётся в нагрузку с помощью электрической связи, обозначим её как Sэ.

Разложим проходную мощность на составляющие. Так как I2=I1+I12, то формула проходной мощности примет вид:

Sпр=U2×(I1+I12)=U2×I1+U2×I12=Sэ+Sрасч

Соответственно:

Sэ=U2×I1

Sрасч=U2×I12

Расчётная мощность так называется, потому что именно её используют при расчётах трансформатора. Что это нам даёт?

В рассмотренном выше примере через сердечник трансформатора передавался 1 кВт мощности, а у автотрансформатора через магнитное поле передавалось всего:

Sрасч=U2×I12=175×1.31=240 Вт

Что в 5 раз меньше, чем у трансформатора. Так как мощность — это основной критерий выбора сердечника, то площадь сердечника автотрансформатора будет меньше, чем у трансформатора аналогичной мощности.

Но как и в случае с сечением провода, чем больше коэффициент трансформации, тем большая мощность передаётся магнитным полем, и наоборот — при маленьких коэффициентах трансформации больше мощности передаётся через электрическую связь. Зависимость отношения Sэ к Sпр от коэффициента трансформации изображена на рисунке 6. Таким образом при больших коэффициентах трансформации выгода от использования автотрансформаторов вместо трансформаторов исчезает.

Рисунок 6 — зависимость Sэ/Sпр от коэффициента трансформации

Рисунок 6 — зависимость Sэ/Sпр от коэффициента трансформации

То есть наиболее целесообразно применять автотрансформаторы вместо трансформаторов при коэффициенте преобразования меньше чем 2.

Подведём итоги

На практике с автотрансформаторами мы сталкиваемся довольно часто, например, в релейных и электронных (симисторных) стабилизаторах напряжения они используются для повышения и понижения напряжения.

Рисунок 7 — блок схема релейного стабилизатора

Рисунок 7 — блок схема релейного стабилизатора

Трёхфазные автотрансформаторы нашли применение в сетях высокого напряжения для связи сетей с «соседними» напряжениями — 110 и 220, 220 и 500 кВ.

Для проведения испытаний, а также настройки электрооборудования используются лабораторные автотрансформаторы – ЛАТРы. Это автотрансформаторы, в которых вместо отвода от обмотки для подключения нагрузки используется скользящий контакт, на рисунке 8 он обведён зелёным цветом, типа токосъёмной щётки. Изменяя положение скользящего контакта, вы подключаете нагрузку к разным виткам обмотки, другими словами – вы можете регулировать напряжение.

При этом с помощью большинства ЛАТРов можно как понижать, так и повышать напряжение. Кстати ЛАТР – это основа электромеханических, или, как их ещё называют, сервоприводных стабилизаторов напряжения.

Рисунок 8 — ЛАТР: а) внешний вид, б) внутреннее устройство (красным выделен скользящий контакт, к которому подключается нагрузка)

Рисунок 8 — ЛАТР: а) внешний вид, б) внутреннее устройство (красным выделен скользящий контакт, к которому подключается нагрузка)

При одинаковой мощности преимущества автотрансформаторов перед трансформаторами заключаются в пониженном расходе меди и электротехнической стали для сердечника. При этом КПД автотрансформаторов достигает 99,7%. Но преимущества тем больше выражены, чем больше Sэ, и меньше расчётная часть Sрасч проходной мощности, то есть при низких коэффициентах трансформации. И все преимущества исчезают при больших коэффициентах трансформации.

Применение автотрансформаторов для преобразования в сетях высокого напряжения улучшает КПД энергосистем, снижает стоимость передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Кроме этого, у автотрансформаторов есть серьёзный недостаток — гальваническая связь с питающей сетью. Это значит, что напряжение на вторичной обмотке может оказаться таким же, как на первичной. Поэтому с целью обеспечения электробезопасности использование автотрансформаторов для питания переносных светильников сверхнизкого напряжения запрещается (ПТЭЭП п.2.12.6 и ряд других документов), а также для питания другого оборудования, на котором работают люди. По этой же причине нельзя использовать автотрансформаторы в качестве силовых для понижения 6-10 кВ до 0,4 кВ.

Из-за наличия электрической связи между обмотками вытекает ещё один недостаток – необходимо выполнять изоляции обеих обмоток на большее напряжение, по сравнению с обычными трансформаторами.

Разница между автотрансформатором и обычным трансформатором

Концепции автотрансформаторов и обычных трансформаторов во многом отличаются друг от друга. Наиболее заметное различие между ними — количество обмоток. С одной стороны, автотрансформатор имеет только одну обмотку, с другой стороны, обычный трансформатор имеет две отдельные обмотки. В автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки связаны друг с другом магнитно и электрически.

Также прочтите : Как выбрать надежных производителей автомобильных трансформаторов для промышленности

Вот список различий между автотрансформатором и обычным трансформатором

1. Разница в определениях

Автотрансформатор состоит только из одной обмотки, которая играет роль как первичной, так и вторичной обмотки. Напротив, обычный трансформатор — это статическая машина, которая передает электрическую энергию от одного конца к другому, сохраняя частоту неизменной.

2. Разница по обмоткам

Как упоминалось ранее, в автотрансформаторах первичная и вторичная обмотки связаны друг с другом, тогда как в обычных трансформаторах есть две отдельные обмотки.

3. Разница по изоляции

Первичная и вторичная обмотки в обычном трансформаторе электрически изолированы друг от друга, но в автотрансформаторах первичная и вторичная обмотки электрически не изолированы.

4. Разница по индукции

Поскольку в автотрансформаторе только одна обмотка, он использует самоиндукцию, что означает, что он индуцирует электромагнитную силу в цепи из-за изменения тока. В отличие от автотрансформаторов, обычные трансформаторы работают по принципу взаимной индукции.

5. Разница в размере

Автотрансформатор меньше обычного трансформатора.

6.Разница по цене и эффективности

Обычный трансформатор дороже автотрансформатора. Но когда дело доходит до эффективности, автомобильные трансформаторы выигрывают. Они сравнительно более эффективны, чем обычные трансформаторы.

7. Разница в передаче мощности

Оба трансформатора используют разные процедуры для передачи электроэнергии от первичной обмотки к вторичной. В автотрансформаторе электроэнергия частично передается в процессе передачи и частично по постоянному току.Но обычный трансформатор передает электроэнергию с помощью электрического преобразования, что также приводит к потере мощности.

8. Разница по условиям применения

Когда дело доходит до применения, автотрансформаторы играют роль регулятора напряжения в лабораториях, на железнодорожных станциях и в асинхронных двигателях, они используются в качестве статора и т. Д. С другой стороны, применение обычных трансформаторов рассматривается в электросети для повышения и понижения напряжения.

Прочие отличия включают

• Поток утечки и сопротивление автотрансформатора ниже, так как у него только одна обмотка, но у обычного трансформатора они высокие.
• Обычный трансформатор обладает высоким импедансом, а автотрансформатор сравнительно меньшим сопротивлением.
• Выходное напряжение остается постоянным у обычных трансформаторов, тогда как у автотрансформаторов оно меняется.

Несмотря на вышеупомянутые различия, автомобильный трансформатор Canada и обычные трансформаторы также имеют некоторые сходства.Эти сходства включают

• Оба они следуют принципу электромагнитной индукции
• Они оба используют медный провод для изготовления обмоток
• Сердечники как автомобильных, так и обычных трансформаторов изготовлены из стали CRGO
• Первичная и вторичная обмотки этих двух типов трансформаторов магнитно связаны друг с другом.

Разница между изолирующими трансформаторами и автотрансформаторами — электрические трансформаторы

Разделительный трансформатор

Трансформаторы с первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками, отделенными друг от друга, известны как разделительные трансформаторы.В этой конструкции входная мощность и выходная мощность электрически разделены диэлектрическим изоляционным барьером.

Разделительный трансформатор

Преимущества использования изолирующего трансформатора

• Первичная и вторичная обмотки могут быть сконструированы как повышающий или понижающий трансформатор, чтобы соответствовать нагрузке в электрической системе.
• Предотвращение выбросов оборудования от сети
• Безопасность.Между токоведущей частью цепи и землей не будет проводящего соединения. С изолирующим трансформатором нет опасности прикоснуться к токоведущему, когда тело заземлено.
• Соединение защитного заземления электрической системы с нейтральным проводом на вторичной обмотке трансформатора устраняет напряжение и шум между нейтралью. Это решает проблемы надежности микропроцессорной электроники.

Изолирующие трансформаторы также являются наиболее распространенным типом трансформаторов для повышения и понижения напряжения.Однако трансформаторы с соотношением 1: 1, где входное и выходное напряжение одинаковы, также широко используются исключительно для использования преимущества изоляции.

Автотрансформатор

Понижающий автотрансформатор	Повышающий автотрансформатор

В автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют общую обмотку.Вторичное напряжение всегда имеет общий вывод с первичным. Повышение или понижение напряжения достигается отводом обмотки, измеряющим от общего конца. Например, вторичный отвод на 50% обмотки будет производить половину входного напряжения.

Преимущества использования автотрансформатора

• Меньше по весу и меньшим физическим размерам, так как требуется меньше обмоток и меньший сердечник.
• Дешевле по сравнению с изолирующим трансформатором.
• Перечисленные преимущества обычно относятся к автотрансформатору с коэффициентом напряжения до 3: 1 или наоборот. За пределами этого диапазона изолирующий трансформатор обычно более экономичен.

Ограничения

• Нет изоляции между первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Следовательно, защита оборудования зависит от устройств питания.
• Поскольку первичная и вторичная обмотки имеют общий конец, если нейтральная сторона первичного напряжения не заземлена, вторичная сторона также не будет заземлена.
• Нарушение изоляции обмотки автотрансформатора приведет к подаче полного входного напряжения на выход.

Автотрансформаторы — Руководство электрика по однофазным трансформаторам

Определение автотрансформаторов: однообмоточный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, соединенными магнитным и электрическим соединением.

До сих пор мы имели дело с трансформаторами, у которых нет электрического соединения между первичной и вторичной обмотками.Единственное соединение было магнитным. С другой стороны, автотрансформаторы имеют электропроводящую связь между первичной и вторичной обмотками.

В автотрансформаторе только одна обмотка. Общая обмотка — это часть первичной и вторичной обмоток.

Все правила для двухобмоточных и многообмоточных трансформаторов применяются к автотрансформаторам.

Понижающие автотрансформаторы Рисунок 20. Понижающий автотрансформатор

Вы заметите, что на весь трансформатор всего одна обмотка.Часть обмотки перед нагрузкой называется первичной, а часть обмотки, параллельная нагрузке, называется вторичной или общей обмоткой.

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается, как работают понижающие трансформаторы. В нем вам покажут, как рассчитать токи, напряжения и мощность обмоток.

Повышающие автотрансформаторы Рисунок 21.Повышающий автотрансформатор

Повышающий автотрансформатор работает по тем же принципам, что и понижающий трансформатор. Единственное отличие состоит в том, что напряжение на нагрузке будет больше, чем напряжение источника. Все те же правила применяются как понижающий автотрансформатор.

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается, как работают повышающие трансформаторы. В нем вам покажут, как рассчитать токи, напряжения и мощность обмоток.

Шаги для решения расчетов автотрансформатора

Выполните следующие действия при выполнении расчетов автотрансформатора:

1. Назначьте полярность — полярность нагрузки определяется тем, какая клемма является наиболее положительной по отношению к другой клемме.
2. Рассчитайте максимальную допустимую нагрузку на обмотку высокого и низкого напряжения.
3. Постройте график тока, протекающего через нагрузку и обмотку последовательной нагрузки.
4. Рассчитайте максимальную нагрузку ВА.
5. Рассчитать ток в линии на основе ВА нагрузки.
6. Постройте график текущего расхода в соответствии с действующим законом Кирхгофа.

Понижающие / повышающие автотрансформаторы

Рисунок 22. Стандартный двухобмоточный трансформатор в качестве автотрансформатора

Одним из определяющих принципов автотрансформатора является то, что он имеет общую магнитную и электрическую цепь.В качестве автотрансформатора можно подключить стандартный двухобмоточный трансформатор. Я знаю, что это похоже на волшебство, но это очень реально. Это очень похоже на то, как мы проверяли полярность аддитивного или вычитающего трансформатора.

От того, как подключены полярности, будет зависеть, является ли трансформатор повышающим или понижающим. В понижающей конфигурации напряжения двух обмоток будут вычитаться друг из друга, чтобы обеспечить напряжение нагрузки. В повышающей конфигурации напряжения двух обмоток будут складываться друг с другом, чтобы обеспечить напряжение нагрузки.

Видео оповещение!

В этом видео рассказывается, как работает повышающий / повышающий автотрансформатор и как выполнять расчеты.

Видео

«Понижение автотрансформатора» от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Видео

Step up Autotransformer от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Buck boost Видео «Автотрансформаторы» от The Electric Academy находится под лицензией Creative Commons Attribution License.

Автотрансформатор

— обзор | Темы ScienceDirect

Синфазный трансформатор

В общем, моделирование синфазного трансформатора включает в себя последовательное полное сопротивление или полную проводимость и идеальный автотрансформатор (без потерь в сердечнике), коэффициент трансформации которого равен 1: a _кл . На рис. 3.4 показан этот тип трансформатора, соединяющего шины k и l .

Рис. 3.4. Изображение синфазного трансформатора.

Как видно, p обозначает точку отсчета для коэффициента трансформации. Таким образом, соотношение между величиной напряжения в этой точке и шиной k определяется как a _kl , то есть V _p = a _kl V _к . Поскольку в этом случае нет углового запаздывания между k и p ( θ _k = θ _p ), соотношение между комплексными напряжениями определяется как

(3 .12) EpEk = VpejθpVkejθk = akl

Из идеальной модели, то есть без учета потерь в трансформаторе, верно следующее соотношение:

(3.13) EkIkl⁎ + EpIlk⁎ = 0EkIkl⁎ = −aklEkIlk⁎ = 0

, следовательно, IklIlk = −IklIlk = −akl.

Выполнив узловой анализ модели трансформатора, показанной на рис. 3.4, в терминах комплексных токов I _kl и I _lk , получены следующие уравнения:

(3.14) Ikl = aklIpl = akl − IlkIkl = −aklyklEl − Ep = −aklyklEl + aklyklEp

as E _p = E _k a что:

(3,15) Ikl = −aklyklEl + akl2yklEk

и

(3,16) Ilk = yklEl − Ep = yklEl − yklEpIlk = yklEl − aklyklEk

напряжений. комплексного перетока мощности от автобуса k к автобусу l :

(3.17) Skl⁎ = ПКЛ-jQkl = Ek⁎IklSkl⁎ = Ek⁎-aklyklEl + akl2yklEkSkl⁎ = ВКЭ-jθk-aklyklVlejθl + akl2yklVkejθkSkl⁎ = yklaklVke-jθk-Vlejθl + aklVkejθkSkl⁎ = -yklaklVkVle-jθk-θl + yklakl2Vk2

Учитывая θ _kl = θ _k — θ _l , e ^{— jθ _kl 398 — j sin θ _kl и y _kl = g _kl + jb _{kl .18) Skl⁎ = −gkl + jbklaklVkVlcosθkl − jsinθkl + gkl + jbklakl2Vk2}}

Разделение действительной и мнимой частей уравнения. (3.18), мы получаем уравнения для потоков активной и реактивной мощности:

(3.19) Pkl = gklakl2Vk2 − aklVkVlgklcosθkl − aklVkVlbklsinθklQkl = −bklakl2Vk2 + aklVcols000klθkl от автобуса l до автобуса k :

(3.20) Slk⁎ = Plk − jQlk = El⁎IlkSlk⁎ = El⁎yklEl − aklyklEkSlk⁎ = Vle − jθlyklVlejθl − aklyklVkejθklekSl − aklVkejθkSl000 −Vl

Если θ _lk = θ _l — θ _k , e ^{— jθ _lk lk cos lk — j sin θ _lk и y _kl = g _kl + jb _{kl : kl} 3.21) Slk⁎ = gkl + jbklVl2 − aklgkl + jbklVkVlcosθlk − jsinθlk}

Разделение действительной и мнимой частей уравнения. (3.21) получаем уравнения для активного и реактивного потоков:

(3.22) Plk = gklVl2 − aklVkVlgklcosθlk − aklVkVlbklsinθlkQlk = −bklVl2 + aklVkVlbklcosθlk − aklVkVl Triad Magnetics

Что такое автотрансформатор?

Автотрансформаторы

имеют одну обмотку, намотанную на многослойный сердечник. Они похожи на двухобмоточные трансформаторы, но их различия заключаются в том, как первичная и вторичная обмотки взаимосвязаны.Есть две разновидности автотрансформаторов, которые можно различать по конструкции.

• В первом типе трансформатор использует непрерывную обмотку, а ответвления выводятся в удобных местах в зависимости от желаемого вторичного напряжения.
• В другом типе автотрансформатора две или более отдельных катушек электрически соединены и образуют непрерывную обмотку.

Преимущества автотрансформаторов

Автотрансформаторы

обладают рядом преимуществ перед традиционными трансформаторами, в том числе:

• Меньшая стоимость
• Улучшенное положение
• Меньшие потери по сравнению со стандартными трансформаторами того же номинала

Автотрансформаторы также экономят медь по сравнению с двухобмоточными трансформаторами:

• Вес меди, используемой для трансформаторов, пропорционален длине и площади поперечного сечения проводника.
• Длина проводника пропорциональна количеству витков

Недостатки автотрансформаторов

Несмотря на эти преимущества, автотрансформаторы не лишены ограничений.К некоторым отрицательным сторонам автотрансформаторов можно отнести:

• Используется только в ограниченных приложениях, требующих небольшого отклонения выходного напряжения от входного.
• Если используется для подачи низкого напряжения от источника высокого напряжения, полное первичное напряжение может попасть на клемму в случае обрыва вторичной обмотки. Это представляет опасность для операторов и оборудования.

Автотрансформаторы силовых трансформаторов Триады

Triad Magnetics предлагает автотрансформаторы в повышающих и понижающих моделях с одной обмоткой.

• В повышающих моделях первичная обмотка составляет только процент от полной обмотки.
• В понижающих моделях вторичная обмотка составляет процент от полной обмотки.

Любой из наших трансформаторов может быть преобразован в автотрансформатор путем последовательного соединения всех обмоток друг с другом. Имея на выбор четырнадцать различных силовых трансформаторов автотрансформатора, у нас есть модель, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям. Одна из этих моделей представляет собой универсальную модель с изоляцией / автотрансформатором / контролем напряжения, которая может работать при выходной мощности 4000 Вт.

Создание собственного автотрансформатора с использованием готовых силовых трансформаторов

Все стандартные трансформаторы Triad могут быть подключены последовательно или параллельно для создания автотрансформатора. Это достигается путем объединения первичной обмотки трансформатора со вторичной обмоткой для создания повышающего или понижающего трансформатора.

Прежде чем переходить к примерам подключения стандартного трансформатора к автотрансформатору, мы должны знать, как должны быть подключены обмотки и почему они должны быть подключены таким образом.На одном конце обмотки будет точка, обозначающая начало обмотки, а на другом конце обмотки будет конец.

Обмотки должны быть соединены по фазе. Фазировка важна, потому что она определяет направление, в котором течет ток. Если обмотки соединены в противофазе, токи от каждой обмотки будут противодействовать друг другу, вызывая короткое замыкание в трансформаторе.

Возьмите эту схему, например:

У каждой обмотки есть своя пара выводов с разными цветами выводов.Выводы слева представляют первичную обмотку трансформатора, а выводы справа — вторичную обмотку трансформатора. При последовательном соединении первичной и вторичной обмоток трансформатор можно рассматривать как автотрансформатор.

Чтобы соединить обмотки последовательно, БЕЛЫЙ провод должен быть подключен к КРАСНОМУ проводу. В результате будет одна обмотка, причем соединение БЕЛЫЙ / КРАСНЫЙ будет центральным ответвлением, а выводы ЧЕРНЫЙ и ЖЕЛТЫЙ — полной обмоткой. Соединение двух обмоток последовательно приведет к тому, что общее напряжение на всей обмотке будет суммой напряжений каждой обмотки.

Например, первичная обмотка рассчитана на 115 В переменного тока, а вторичная обмотка рассчитана на 12 В переменного тока. Последовательное соединение двух обмоток приведет к тому, что напряжение всей обмотки составит 127 В переменного тока. При таком подключении трансформатор теряет изоляционные свойства.

Ниже приведен еще один реальный пример изготовления автотрансформатора из 4-обмоточного трансформатора:

Это можно сделать для приложений, в которых требуется трансформатор с входом 277 В переменного тока.На схеме выше представлен VPT48-2080. Этот трансформатор имеет две обмотки на первичной и две обмотки на вторичной. Четыре обмотки можно соединить последовательно, чтобы получить автотрансформатор с выходным напряжением 278 В переменного тока.

Это можно сделать, подключив вместе следующие провода: СЕРЫЙ к ФИОЛЕТОВОМУ, КОРИЧНЕВЫЙ к ЧЕРНОМУ и КРАСНЫЙ к ОРАНЖЕВОМУ.

Каждое последовательное соединение накапливает напряжение для каждой обмотки. Последовательное соединение 4 обмоток суммирует напряжения следующим образом: 115 + 115 + 24 + 24 = 278 В переменного тока.

В этом примере мы превратим 4-обмоточный трансформатор в автотрансформатор для приложений, где требуется трансформатор с входом 480 В переменного тока. Ниже представлена ​​схема тороидального трансформатора медицинского класса VPM240-1040:

.

4 обмотки можно соединить последовательно для получения автотрансформатора с выходом 480 В переменного тока. Это можно сделать, соединив вместе следующие провода: BLU — BRN , VIO — RED и BLK — YEL .Как и в VPT48-2080, напряжения для каждой обмотки накапливаются следующим образом: 120 + 120 + 120 + 120 = 480 В переменного тока.

В этом последнем примере мы будем использовать ту же схему, что и VPM240-1040. В этом примере первичные обмотки будут подключены параллельно, вторичные обмотки будут подключены параллельно, а две результирующие обмотки будут подключены последовательно. Когда обмотки соединены последовательно, напряжения складываются, и эта сумма представляет собой допустимое напряжение двух обмоток, соединенных проводом. Для обмоток с одинаковым номинальным током допустимая токовая нагрузка удваивается, если они соединены параллельно.

Различные соединения для параллельного и последовательного подключения следующие:

· Параллельные первичные обмотки: BLU — VIO и WHT — BRN, WHT / BRN и BLU / VIO — это полная обмотка, рассчитанная на 120 В переменного тока.

· Параллельные вторичные обмотки: BLK на ORG и RED на YEL, BLK / ORG и RED / YEL — это полная обмотка, рассчитанная на 120 В переменного тока.

· Новые первичные и новые вторичные вторичные цепи в серии: от BLU / VIO до RED / YEL, WHT / BRN и BLK / ORG с полной обмоткой, рассчитанной на 240 В переменного тока.

Выполнение этих подключений удваивает номинальную мощность трансформатора из-за более высоких значений тока и напряжения.Автотрансформатор, сделанный из VPM240-1040, теперь будет иметь входное напряжение 240 В переменного тока и ток 2,08 А. Произведение напряжения и тока составляет 500 ВА, в отличие от 250 ВА в качестве разделительного трансформатора.

Номинальная мощность зависит от разницы между входным и выходным напряжениями. Например, если разница больше, выходная мощность будет ниже, и наоборот.

Меры безопасности

Основным соображением безопасности при создании автотрансформатора из изолирующего трансформатора является потеря изоляции.Изоляция теряется из-за прямого соединения, сделанного при соединении обмоток последовательно или параллельно. Тогда выход трансформатора будет связан с землей, и контакт с соединением может быть вредным или даже фатальным.

При изготовлении автотрансформатора из разделительного трансформатора с несколькими обмотками важно учитывать номинальный ток обмоток. Мы должны учитывать номинальный ток каждой обмотки, чтобы трансформатор не перегревался чрезмерно или, в некоторых крайних случаях, не расплавлял изоляцию провода магнита, вызывая короткое замыкание.Номинальный ток автотрансформатора должен быть ограничен обмоткой с наименьшим номинальным током.

Решения для трансформаторов

от Triad Magnetics

Triad Magnetics предлагает клиентам на выбор более 1000 номеров деталей, и мы предлагаем новаторский процесс проектирования, который способствует инновациям и росту. Эти факторы, наряду с производством мирового класса и непоколебимой приверженностью качеству и надежности, делают нас выбором номер один для всех ваших потребностей в трансформаторах.

Хотите узнать больше о трансформаторах от Triad Magnetics? Свяжитесь с нами сегодня или запросите расценки для получения дополнительной информации.

Что такое регуляторы напряжения | Трансформаторы регулирования напряжения

К регулятору напряжения добавлено электронное управление для управления переключателем ответвлений. Система управления контролирует выходное напряжение регулятора напряжения, используя информацию о напряжении от трансформатора напряжения. Затем система управления отправляет команды для работы переключателя ответвлений для повышения или понижения напряжения и поддержания напряжения системы распределения в заданном диапазоне.

Узнайте больше об основах регуляторов напряжения здесь.

Какие устройства регулирования напряжения используются в энергосистеме?

В распределительной системе есть два основных типа устройств регулирования напряжения. Первый из них называется однофазным ступенчатым регулятором напряжения (SVR). Для регулирования трехфазной системы распределения электроэнергии требуются три SVR. Каждый SVR будет оборудован трансформатором напряжения для индивидуального измерения напряжения в каждой фазе.Традиционно для контроля напряжения и управления переключателем ответвлений требовалось три отдельных элемента управления. Совсем недавно было введено многофазное управление для работы трех SVR, но, как правило, три фазы по-прежнему будут регулироваться независимо.

Второй тип устройств называется переключателем ответвлений под нагрузкой (РПН). РПН — это устройство регулирования напряжения, связанное с трансформатором подстанции. Устройство РПН является трехфазным устройством, так как оно регулирует все три фазы системы распределения энергии в унисон.РПН будет иметь единое управление, и будет контролироваться напряжение на одной фазе. Напряжение на контролируемой фазе будет регулироваться напрямую, когда система управления управляет переключателем ответвлений. Две другие фазы будут регулироваться на основе регулирования напряжения одной контролируемой фазы.

Какое типичное напряжение для распределительной системы?

Приведенная ниже информация содержит типичные напряжения для систем распределения электроэнергии.

Системы с соединением звездой Системы 60 Гц (фаза-земля / фаза-фаза напряжения)

2400/4160

4160/7200

7200/12470

7620/13200

7970/13800

13800/23900

14400/24940

19920/34500

Системы, соединенные треугольником Системы 60 Гц

2400

4160

4800

7200

7620

7970

12470

13200

13800

Система Delta Connected Системы 50 Гц

6600

11000

22000

33000

Преимущества автотрансформатора перед двухобмоточным трансформатором

Трансформаторы 73

Скользящий

контакт

Рисунок 5.15

2 Меньше вес и объем автотрансформатора.

3 Автотрансформатор имеет более высокий КПД и меньше подвержен колебаниям напряжения

при изменении нагрузки благодаря лучшей магнитной связи —

Возраст между первичной и вторичной частями обмотки.

Автотрансформаторы используются для соединения секций 400 кВ, 275 кВ

,

и 132 кВ британской энергосистемы. При транспортировке

очень больших высоковольтных трансформаторов автомобильным транспортом необходимо тщательно продумать вес

, и довольно часто перед началом строительства основной энергосистемы

дороги и мосты должны быть специально усилены для перевозки таких грузов.

Также стоит отметить, что увеличение КПД всего на 0,5%

означает снижение потерь на 2500 кВт в преобразователе мощностью 500000 кВт.

Автотрансформаторы также используются для снижения напряжения, подаваемого на асинхронные двигатели

, и для увеличения напряжения, подаваемого для разряда ламп

во время их пусковых периодов.

4 Можно получить бесступенчатое выходное напряжение. Используя

, расположение, показанное на Рисунке 5.15 может быть получено непрерывно регулируемое выходное напряжение

.

НЕДОСТАТКИ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

1 Поскольку подключение нейтрали является общим как для первичной, так и для вторичной

, заземление первичной обмотки автоматически заземляет вторичную. Трансформаторы с двойной обмоткой иногда используются для изоляции оборудования

от земли.

2 Если во вторичной обмотке происходит короткое замыкание, ток, который течет

, будет намного больше, чем в преобразователе с двойной обмоткой

, из-за лучшей магнитной связи.Существует больший риск

повреждения трансформатора и цепи из-за нагрева и механических сил, возникающих между токонесущими проводниками.

3 Обрыв вторичной части обмотки прекращает прежнее действие транс-

, и полное первичное напряжение будет подано на вторичную цепь

.

ТОК

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Ток, необходимый для полного отклонения постоянного тока. Амперметр с подвижной катушкой

очень мал и обычно составляет всего несколько миллиампер.

При измерении больших токов в сочетании с измерителем используется шунтирующий или байпасный резистор

. В качестве альтернативы можно использовать счетчик с подвижным железом

.

В любом случае катушка счетчика находится под потенциалом цепи в

, в которой измеряется ток. При очень больших токах размер

выводов проводов и счетчиков будет большим, а внутренняя проводка

контрольных и измерительных панелей будет очень громоздкой.

Альтернативный вариант использования внешнего шунта показан на Рисунке 5.16. Этот

включает индивидуальную калибровку каждого такого измерителя с его шунтом к

, учитывающему сопротивление соединительных проводов.

Если используются переменные токи, шунт нельзя использовать

, поскольку доля тока, протекающего в счетчике, будет

зависеть от его импеданса, который зависит от частоты.