Автотрансформаторы особенности конструкции принцип действия характеристики. Автотрансформаторы. Для чего снижают напряжение

Его достоинства и недостатки

Основное конструктивное отличие автотрансформатора от трансформатора состоит в том, что в автотрансформаторе часть обмотки ВН является обмоткой НН. В связи с этим энергия из первичнойцепи во вторичную передается не только за счет магнитной связи между этими цепями, но и за счет непосредственной электрической связи этих цепей. Рассмотрим работу однофазного понижающего автотрансформатора (рис. 3.2, а).

Участок обмотки аХ--общий для первичной и вторичной цепей. Пренебрегая током х. х., запишем уравнение МДС:

I1 w AX + w aX I2=0.

Разделив это уравнение на число витков обмотки w AX , получим уравнение токов автотрансформатора:

I 1 + I 2 (w aX / w AX)=0, или I 1 = - I 2 / k A , (3.5)

где k A = w AX /w aX -- коэффициент трансформации автотрансформатора.-

По общей части витков аХ обмотки автотрансформатора проходит ток I12, равный алгебраической сумме токов, т. е.

I 12 = I 1 + I 2 . (3.6)

В понижающем автотрансформаторе вторичный ток больше первичного, т. е. I2>I1. Из этого следует, что в этом трансформаторе ток I12 в общей части витков аХ равен разности вторичного и первичного токов:

I12 =I 2 -I1. (3.7)

Если коэффициент трансформации автотрансформатора немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить часть аХ обмотки автотрансформатора из провода меньшего сечения.

Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, пред- ставляющей собой всю передаваемую мощность Sпp=U2I2 из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность Sрасч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. Но в автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитной связи существует еще и электрическая. Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора Sпр=I2U2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.7), из которого следует, что I 2 =I1+I 12 . Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим

S np =U2I2=U 2 (I 1 +I 12)=U 2 I 1 +U 2 I 12 =S э + S расч. " (3.8)

Здесь S э --U 2 I1 -- мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями.

Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе S рас = U 2 I12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магни-топровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности.

Средняя длина витка_обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди на выполнение" обмотки авто-трансформйтораГ Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается^

Таким образом, автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротёх"ничё-ская сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%.

Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность S Э, а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности.

Мощность S Э, передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением

Sэ = U2I1 = U2I2/kA = S пр /k A , (3.9)

т. е. величина мощности S э обратно пропорциональна коэффициенту трансформации автотрансформатора k A .

Из графика, изображенного на рис. 3.3, видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при k A = вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (S э /Sпр=1).

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации k A 2. При большой величине коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем:

Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и X (см. рис. 3.2, а) напряжение U1 подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з., поэтому токи к.з. должны ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора.

Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требует усиленной электрической изоляции всей обмотки.

При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН.

В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для питания цепей НН от сети ВН.

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.

• 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.

Автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что у него обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, причем она выполняется из проводников, в общем случае отличающихся по сечению от проводников другой части, и обычно располагается относительно другой части, как показано на рисунке 6.4. Следовательно, части Аа и аХ можно рассматривать как обмотки двухобмоточного трансформатора, имеющие между собой не только магнитную связь, но и электрическую.

Автотрансформаторы могут служить как для понижения, так и для повышения напряжения. Они выполняются для небольших коэффициентов трансформации, не сильно отличающихся от единицы, и экономичнее в работе и требуют на изготовление меньше материалов, чем обычные двухобмоточные трансформаторы на ту же номинальную мощность.

Автотрансформаторы тем экономичнее по сравнению с двухобмоточными трансформаторами, чем ближе ω2 к ω1, т. е. чем ближе коэффициент трансформации к единице. Так как веса обмотки и стали сердечника автотрансформатора меньше весов тех же материалов двухобмоточного трансформатора, то и потери в нем меньше, а к. п. д. выше при той же мощности

Недостатком автотрансформатора является то, что здесь вторичная цепь оказывается электрически соединенной с первичной цепью. Она должна иметь такую же изоляцию по отношению к земле, как и первичная цепь. Это обстоятельство заставляет выбирать значение коэффициента трансформации автотрансформатора при высоких напряжениях не выше 2-2,5.

Автотрансформаторы бывают однофазные и трехфазные. Однофазный автотрансформатор (рисунок 10) представляет собой однообмоточный трансформатор с числом витков , вторичной обмоткой которого является часть первичной обмотки, т. е. . Обмотка трансформатора размещается на замкнутом сердечнике из электротехнической стали.

Рисунок 10-Схема однофазного автотрансформатора

Принцип действия авто­трансформатора состоит в следующем: при подключении обмотки в сеть переменного тока напряжением U1, в ней создается переменное магнитное поле, которое возбуждает во всей обмотке ЭДС Е1, а в части обмотки с числом витков w2 - ЭДС Е2. Величина Е2 зависит от числа витков и выражается формулой:

где е - ЭДС индукции в одном витке.

Е1, и Е2 по правилу Ленца имеют знаки, противоположные напряжению U1, а следовательно, и ток 12, созданный Е2, будет иметь направление, противоположное I1. Таким образом, в части обмотки ВС ( 2) будет проходить ток I2-I1, а в части AC () - ток I2. Это приводит к уменьшению тепловых потерь в обмотках автотрансформатора по сравнению с двухобмоточным трансформатором и к увеличению КПД. Витки обмотки можно сделать из провода меньшего сечения, что дает экономию меди и других материалов, уменьшает габариты автотрансформатора.

Для плавного изменения снимаемого напряжения применяют автотрансформаторы со скользящим контактом (контакт С на рисунке 10). Подобные трансформаторы нашли широкое применение в лабораторной практике и называются лабораторными автотрансформаторами (ЛАТР).

Автотрансформаторы находят себе применение в качестве пусковых для пуска больших синхронных двигателей и короткозамкнутых асинхронных двигателей, для осветительных установок (для дуговых ламп переменного тока), для связи сетей с напряжениями, мало отличающимися одно от другого.

Автотрансформаторы выполняются также с устройством, позволяющим плавно регулировать их вторичное напряжение. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения числа витков обмотки при помощи специальных переключателей или контакта, перемещаемого непосредственно по обмотке, очищенной с одной стороны от изоляции.

АВТОТРАНСФОРМАТОР

АВТОТРАНСФОРМАТОР

особый вид трансформатора, преобразующего данное (первичное) переменного тока в желаемое (вторичное) при помощи только одной обмотки, играющей роль и первичной и вторичной обмоток. А. применяется вместо обычных трансформаторов в тех случаях, когда разница между первичным и вторичным напряжением сравнительно невелика.

Для получения пониженного напряжения первичное напряжение подводится к концам обмотки; тогда пониженное напряжение получается от нек-рой части обмотки, причем вся обмотка находится под полным напряжением сети, а каждый виток ее-под напряжением во столько раз меньшим, сколько витков во всей обмотке. Так. обр., взяв ответвление от части витков обмотки, получают во вторичной цепи напряжение, равное примерно сумме напряжений взятого числа витков. Для получения повышенного напряжения первичное напряжение подводится к части витков обмотки, и тогда на концах ее получается повышенное напряжение. Обычно обмотка имеет ряд ответвлений для получения напряжений различной величины.

Технический железнодорожный словарь. - М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство . Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 .

Смотреть что такое "АВТОТРАНСФОРМАТОР" в других словарях:

Автотрансформатор … Орфографический словарь-справочник

автотрансформатор - Трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть [ГОСТ 16110 82] [ОАО РАО "ЕЭС России" СТО 17330282.27.010.001 2008] автотрансформатор Трансформатор, в котором две или большее число… … Справочник технического переводчика

Дивизор Словарь русских синонимов. автотрансформатор сущ., кол во синонимов: 2 дивизор (2) … Словарь синонимов

Электрический трансформатор с одной обмоткой, имеющей несколько выводов для подключения к источнику переменного тока и к нагрузке. Мощные автотрансформаторы применяются для связи электрических сетей, имеющих близкие значения напряжений,… … Большой Энциклопедический словарь

- (Auto transformer) трансформатор с одной обмоткой, в цепь высокого напряжения которого включается вся обмотка, а в цепь низкого лишь часть этой обмотки. А. применяется для понижения напряжения, напр. при пуске в ход двигателей переменного тока. В … Морской словарь - 3.2 автотрансформатор: Трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть.

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 aХ 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.

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.