Автотрансформатори — устройство, принципи, предимства и недостатъци

Предназначение, устройство и принцип на действие на автотрансформаторите

В някои случаи е необходимо да се варира напрежението в малък диапазон. Най -лесният начин да направите това не е трансформатори с двойна намоткаи еднонавиващи се, наречени автотрансформатори. Ако коефициентът на трансформация се различава малко от единица, тогава разликата между величината на токовете в първичната и във вторичните намотки ще бъде малка. Какво се случва, ако комбинирате двете намотки? Ще получите схема на автотрансформатор (фиг. 1).

Автотрансформаторите са класифицирани като трансформатори със специално предназначение. Автотрансформаторите се различават от трансформаторите по това, че намотката им за ниско напрежение е част от намотката с по -високо напрежение, тоест веригите на тези намотки имат не само магнитна, но и галванична връзка.

В зависимост от включването на намотките на автотрансформатора може да се получи увеличение или намаляване на напрежението.

Ориз. 1 Схеми на еднофазни автотрансформатори: а-стъпка надолу, б-стъпка нагоре.

Ако свържете източник на променливо напрежение към точки A и X, тогава в сърцевината ще се появи променлив магнитен поток. Във всеки от завоите на намотката ще се индуцира ЕМП със същата величина. Очевидно между точки a и X ще възникне ЕМП, равно на ЕРС на един завой, умножено по броя на завоите, затворени между точките а и X.

Ако прикрепите към намотката в точките а и X всеки товар, след това вторичният ток I2 ще мине по част от намотката и е между точките а и X. Но тъй като първичният ток преминава през същите завои I1, тогава двата тока ще се добавят геометрично и по протежение на участъка аX ще тече много малко количество ток, определено от разликата между тези токове. Това позволява да се отреже част от намотката от тел с малък габарит, за да се спести мед. Ако вземем предвид, че този раздел съставлява по -голямата част от всички завои, тогава икономията на мед е много забележима.

По този начин е препоръчително да се използват автотрансформатори за леко намаляване или увеличаване на напрежението, когато в частта от намотката е зададен намален ток, който е общ за двете вериги на автотрансформатора, което позволява да се направи с по -тънък проводник и да се спести цветни метали. В същото време консумацията на стомана за производството на магнитна верига намалява, чието напречно сечение е по-малко от това на трансформатор.

В електромагнитни преобразуватели на енергия — трансформатори — прехвърлянето на енергия от една намотка в друга се осъществява от магнитно поле, чиято енергия е концентрирана в магнитната верига. В автотрансформаторите енергията се предава както чрез магнитно поле, така и чрез електрическа връзка между първичната и вторичната намотки.

Трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторите успешно се конкурират с трансформатори с две намотки, когато съотношението им на трансформация е малко по -различно от единица и е повече от 1,5 — 2. Когато коефициентът на трансформация е над 3, автотрансформаторите не се оправдават.

Структурно автотрансформаторите практически не се различават от трансформаторите. На сърцевините на магнитната верига има две намотки. Изводите са взети от две намотки и обща точка.Повечето части на автотрансформатора не се различават структурно от частите на трансформатора.

Лабораторни автотрансформатори (LATR)

Автотрансформаторите се използват и в мрежи с ниско напрежение като лабораторни регулатори на напрежение с ниска мощност (LATR). В такива автотрансформатори регулирането на напрежението се извършва чрез преместване на плъзгащия се контакт по завоите на намотката.

Лабораторно контролирани еднофазни автотрансформатори се състоят от пръстеновидна феромагнитна магнитна верига, обвита с един слой от изолирана медна жица (фиг. 2).

От тази намотка са направени няколко постоянни крана, което позволява тези устройства да се използват като понижаващи или повишаващи се автотрансформатори с определен постоянен коефициент на трансформация. В допълнение, на повърхността на намотката, почистена от изолация, има тясна пътека, по която се премества контактът на четката или ролката, за да се получи непрекъснато регулируемо вторично напрежение, вариращо от нула до 250 V.

Когато съседните завои са затворени в LATR, не се получава затваряне на завои, тъй като мрежовите и натоварващите токове в комбинираната намотка на автотрансформатора са близки един до друг и са насочени противоположно.

Лабораторните автотрансформатори се произвеждат с номинална мощност 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Схема на лабораторно управляван еднофазен автотрансформатор

Лабораторен автотрансформатор (LATR)

Трифазни автотрансформатори

Заедно с еднофазни двунавиващи се автотрансформатори, често се използват трифазни двунамотъчни и трифазни тринавиващи се автотрансформатори.

При трифазните автотрансформатори фазите обикновено са свързани в звезда с изведена неутрална точка (фиг. 3). Ако е необходимо да се намали напрежението, електрическата енергия се подава към клеми A, B, C и се изтегля от клеми a, б, s, и с увеличаване на напрежението — обратно. Те се използват като устройства за намаляване на напрежението при стартиране на мощни двигатели, както и за поетапно регулиране на напрежението на клемите. нагревателни елементи електрически фурни.

Ориз. 3. Схема на трифазен автотрансформатор със звездна връзка на фазите на намотката с премахната неутрална точка

Трифазни трансформатори с високо напрежение с три намотки се използват и в електрически мрежи с високо напрежение.

Трифазните автотрансформатори, като правило, от страната на по-високо напрежение са свързани в звезда с неутрален проводник. Връзката звезда осигурява спад на напрежението, за който е проектирана изолацията на автотрансформатора.

Използването на автотрансформатори подобрява ефективността на енергийните системи, намалява разходите за пренос на енергия, но води до увеличаване на токовете на късо съединение.

Недостатъци на автотрансформаторите

Недостатъкът на автотрансформатора е необходимостта да се изолират двете намотки за по -високо напрежение, тъй като намотките са електрически свързани.

Значителен недостатък на автотрансформаторите е галваничната връзка между първичната и вторичната верига, която не позволява да се използват като захранващи в 6-10 kV мрежи, когато напрежението спадне до 0,38 kV, тъй като 380 V се подава към оборудването на кои хора работят.

В случай на аварии поради наличието на електрическа връзка между намотките в автотрансформатора, по -високото напрежение може да бъде приложено към долната намотка. В този случай всички части на експлоатационната инсталация ще бъдат свързани към високоволтовата част, което не е позволено поради безопасността на поддръжката и поради възможността за разрушаване на изолацията на проводимите части на свързаното електрическо оборудване.

Автотрансформатори с високо напрежение