Автотрансформатори

Призначення, пристрій і принцип дії автотрансформаторів

У деяких випадках буває потрібно змінювати напругу в маленьких межах. Це найпростіше вдіяти не двообмоткових трансформаторами, а однообмоточнимі, які називали автотрансформаторами. Якщо коефіцієнт трансформації мало відрізняється від одиниці, то різниця між величиною струмів в первинній і у вторинній обмотках буде невелика. Що все-таки станеться, якщо з`єднати обидві обмотки? Вийде схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформатори відносять до трансформаторів спеціального призначення. Автотрансформатори відрізняються від трансформаторів тим, що у їх обмотка нижчої напруги є частиною обмотки вищої напруги, т. Е. Ланцюга цих обмоток мають не тільки магнітну, так і гальванічний зв`язок.

Залежно від включення обмоток автотрансформатора можна отримати збільшення або зниження напруги.

Мал. 1 Схеми однофазних автотрансформаторів: а - понижуючого, б - підвищує.

Якщо приєднати джерело змінної напруги до точок А і Х, то в осерді виникне змінний магнітний потік. В кожному з витків обмотки буде индуктироваться ЕРС однієї і тієї ж величини. Зрозуміло, між точками а і Х виникне ЕРС, яка дорівнює ЕРС 1-го витка, помноженої на число витків, укладених між точками а і Х.

Якщо приєднати до обмотці в точках a і Х якусь навантаження, то вторинний струм I2 буде проходити по частині обмотки і безпосередньо між точками a і Х. Але тому що по тим же виткам проходить і первинний струм I1, то обидва струму геометрично складуться, і по ділянці Aх буде протікати дуже маленький за величиною струм, який визначається різницею цих струмів. Це дозволяє частину обмотки зробити з дроту малого перерізу, щоб зберегти мідь. Якщо взяти до уваги, що ця ділянка становить більшу частину всіх витків, то і економія міді виходить дуже відчутною.

Таким чином, автотрансформатори доцільно використовувати для незначного зниження або збільшення напруги, коли в частині обмотки, що є спільною для обох ланцюгів автотрансформатора, встановлюється зменшений струм що дозволяє виконати її більш вузьким проводом і зберегти кольоровий метал. Одночасно з цим зменшується витрата стали на виготовлення муздрамтеатру, перетин якого виходить менше, ніж у трансформатора.

В електричних перетворювачах енергії - трансформаторах - передача енергії з однієї обмотки в іншу здійснюється магнітним полем, енергія якого зосереджена в муздрамтеатрі. У автотрансформаторах передача енергії здійснюється як магнітним полем, так і за рахунок електронного зв`язку між первинною і вторинною обмотками.

Трансформатор і автотрансформатор

Автотрансформатори успішно конкурують з двообмоткових трансформаторами, коли їх коефіцієнт трансформації - мало відрізняється від одиниці і але більше 1,5 - 2. При коефіцієнті трансформації вище 3 автотрансформатори себе не виправдовують.

У конструктивному відношенні автотрансформатори фактично не відрізняються від трансформаторів. На стрижнях муздрамтеатру розміщуються дві обмотки. Висновки беруться від 2-ух обмоток і загальної точки. Велика частина деталей автотрансформатора в конструктивному відношенні не відрізняються від деталей трансформатора.

Лабораторні автотрансформатори (ЛАТР)

Автотрансформатори використовуються також в низьковольтних мережах в якості лабораторних регуляторів напруги невеликої потужності (ЛАТР). У таких автотрансформаторах регулювання напруги здійснюється при переміщенні ковзаючого контакту по витків обмотки.

Лабораторні регульовані однофазовий автотрансформатори складаються з кільцеподібного феромагнітного магнітопроводу, обмотаного одним шаром ізольованого мідного дроту (рис. 2).

Від цієї обмотки виготовлено кілька незмінних відгалужень, що дозволяє використовувати ці пристрої як понижуючі або підвищують автотрансформатори з певним незмінним коефіцієнтом трансформації. Крім того, на поверхні обмотки, чистою від ізоляції, є вузенька доріжка, по якій переміщують щітковий або роликовий контакт для отримання плавно регульованого вторинного напруги в межах від нуля до 250 В.

При замиканні примикають витків в ЛАТР не відбувається виткових замикань, тому що струми мережі і навантаження в суміщеної обмотці автотрансформатора близькі один до одного і орієнтовані зустрічно.

Лабораторні автотрансформатори виготовляють номінальною потужністю 0,5- 1- 2- 5- 7,5 кВА.

Схема лабораторного регульованого однофазового автотрансформатора

Лабораторний автотрансформатор (ЛАТР)

трифазні автотрансформатори

Разом з однофазних двохобмотувальні автотрансформаторами нерідко використовуються трифазні двохобмотувальні й трифазні трьохобмоткові автотрансформатори.

У трифазних автотрансформаторах фази зазвичай з`єднують зіркою з виведеною нейтральною точкою (рис. 3). При необхідності зниження напруги електричну енергію підводять до затискачів А, В, С і відводять від затискачів а, b, с, а при підвищенні напруги - навпаки. Їх використовують в якості пристроїв для зниження напруги під час пуску потужних двигунів, також для ступеневої регулювання напруги на затискачах нагрівальних елементів електронних печей.

Мал. 3. Схема трифазного автотрансформатора з з`єднанням фаз обмотки зіркою з виведеною нейтральною точкою

Трифазні високовольтні трьохобмотувальні трансформатори вживаються також в високовольтних електронних мережах.

Трифазні автотрансформатори, зазвичай, на стороні вищої напруги з`єднуються в зірку з нульовим проводом. З`єднання в зірку забезпечує зниження напруги, на яке розраховується ізоляція автотрансформатора.

Застосування автотрансформаторів покращує ККД енергосистем, забезпечує зниження ціни передачі енергії, але призводить до підвищення струмів короткого замикання.

недоліки автотрансформаторів

Недоліком автотрансформатора є необхідність виконання ізоляції обох обмоток на більшу напругу, тому що обмотки мають електронний зв`язок.

Істотний недолік автотрансформаторів - гальванічна зв`язок між первинною і вторинною ланцюгами, що не дозволяє використовувати їх в якості силових в мережах 6 - 10 кВ при зниженні напруги до 0,38 кВ, тому що напруга 380 В підводиться до обладнання, на якому працюють люди.

При катастрофах через наявність електронного зв`язку між обмотками в автотрансформаторі вища напруга може виявитися прикладеним до обмотці нижчого. При цьому всі частини експлуатованої установки виявляться з`єднаними з високовольтної частиною, що не допускається за умовами безпеки обслуговування і через здатність пробою ізоляції струмопровідних частин приєднаного електричного обладнання.

високовольтні автотрансформатори

Школа для електрика