Что такое автотрансформатор

Что такое автотрансформатор?

С развитием энергетики и связанных с ней электрических сетей для передачи переменного тока, как источника питания для различных устройств, возникла необходимость в приборах, изменяющих величину напряжения. Такими универсальными электромагнитными устройствами, позволяющими повышать или понижать исходное напряжение до требуемой величины, стали трансформаторы.

Со временем, для обеспечения стабильной работы электроприборов, преимущественно бытового назначения, возникла необходимость плавного регулирования напряжения. Это стало возможным после того, как был изобретён автотрансформатор – устройство, в котором вторичная обмотка является составной частью первичных витков.

ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

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

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

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

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

K = Uв/Uн = Wв/Wн,

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

K = Iн/Iв = Wв/Wн,

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

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

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

Автотрансформатор и экономия потребления меди

Если вы планируете использовать авто трансформатор, тогда сможете значительно сэкономить потребление меди. Электрический силовой трансформатор может использовать значительно больше меди.

На данный момент практически каждый человек знает, что вес меди будет зависеть от ее сечения и длины. Длина проводника в обмотке будет пропорциональна числу его оборотов и типу сечения. Итак, из этого понятно, что вес меди в сечении, где проходит переменный ток пропорционален I1 и вес меди на участке BC также будет составлять I1.

Благодаря этой формуле можно доказать, что удельный вес меди в двух обмоточном трансформаторе будет пропорциональным N1I1 + N2I2⇒ 2N1I1 (поскольку в трансформаторе N1I1 = N2I2).

Теперь давайте представим, что Wa и WTW будут являться показателями веса меди в авто трансформаторе, а в двух обмоточном трансформаторе они будут означать:

Благодаря этой формуле можно сделать вывод, что экономия потребления меди в автотрансформаторе будет составлять ⇒ WTW — Wa = kWtw.

Принцип работы автотрансформатора

А сейчас, для лучшего понимания основного принципа работы автотрансформаторов, рассмотрим процессы, которые в них происходят.

В качестве примера, мы возьмем автотрансформатор, который может как повышать напряжение на выходе, так и уменьшать его, относительно начального. Общее количество витков медного провода у него, для удобства расчетов, равно 20, выглядит он следующим образом:

Как видите, у такой модели, есть уже четыре точки подключения к общей обмотке: A1, a2, a3 и X .

К контактам A1 и N – подключается источник переменного электрического тока, например, питание стандартной городской электросети, с напряжением(U1), в нашем случае это стандартные 220В. Всего между этими точками 18 витков медной проволоки, этот участок спирали обозначен как W1, он считается первичной обмоткой автотрансформатора.

Как выбрать автотрансформатор

Автотрансформатор – необходимая вещь в быту и на предприятиях, где есть необходимость поддерживать стабильное напряжение для работы электроприборов, но изменить его нужно в узких пределах. С такими условиями лучше всего справляется именно автотрансформатор.

Как работает автотрансформатор

Однообмоточный прибор, которым является автотрансформатор, отлично справляется там, где коэффициент трансформации невелик и близок к единице. Это объясняется тем, что величина токов будет практически одинаковой в первичной и вторичной обмотках. Поэтому эти две обмотки объединены в одну. Такова схема автотрансформатора.

Автотрансформатор – это тот же трансформатор, но имеющий специальное назначение. Он отличается от последнего тем, что обмотка высшего и низшего напряжения является единым целым, поэтому в автотрансформаторе возникает и магнитная, и электрическая связь.

С помощью автотрансформатора можно повысить или понизить напряжение в сети. Их 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. Дело в том, что в трансформаторе энергия передается только за счет магнитного поля, образующегося в магнитопроводе. Автотрансформатор передает энергию не только магнитным полем, но и через электрическую связь, которая возникает между объединенными обмотками.

Автотрансформатор может работать лучше, и он выгоднее к покупке, чем трансформатор, если коэффициент трансформации не превышает 1,5 или 2 единиц. Если коэффициент достигает 3 единиц, то автотрансформатор будет работать неэффективно.

Относительно деталей и конструкции автотрансформатор практически ничем не отличается от обычного трансформатора.

Однофазные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы нашли свое применение и как лабораторные регуляторы, рассчитанные на небольшую мощность. Регулировка в ЛАТРах осуществляется за счет контакта, «скользящего» по виткам обмотки.

ЛАТРы – однофазные автотрансформаторы, которые состоят из кольцевого магнитопровода со слоем медного провода. В системе имеются постоянные отводы, позволяющие держать коэффициент трансформации на одном уровне, а устройствам работать и на понижение, и на повышение.

Регулировка производится плавно от нуля и до 250 В. Номинальная мощность лабораторных автотрансформаторов составляет от 0,5 до 7,5 кВА. В нашем интернет-магазине вы можете выбрать прибор необходимой вам мощности по цене от производителя и с быстрой доставкой.

Какие бывают автотрансформаторы

На сегодняшний день широко используются следующие типы автотрансформаторов:

  • первый тип — ВУ-25-Б, предназначен для уравнивания вторичных токов в схемах дифференциальных защит трансформаторов;
  • второй тип – АТД, имеет мощность на уровне 25 ват, долго-насыщающийся, так как имеет устаревшую конструкцию и практически не используется;
  • третий тип – ЛАТР-1, предназначен для использования при напряжении на уровне 127В;
  • четвертый тип – ЛАТР-2, предназначен для использования при напряжении на уровне 220В;
  • пятый тип – ДАТР-1, предназначен для использования при небольшой нагрузке;
  • шестой тип – РНО, предназначен для использования при высоких нагрузках;
  • седьмой тип – РНТ, предназначен для использования при значительных нагрузках;
  • восьмой тип – АТЦН, предназначен для использования в телеизмерительных устройствах.

По уровню мощности автотрансформаторы делятся на устройства:

  • невысокой мощности, до 1кВ;
  • средней мощности, более 1кВ;
  • силовые.
Читайте также  Как проверить снятый стартер

Автотрансформаторы работают в таких режимах, как:

  • трансформаторный;
  • автотрансформаторный;
  • комбинированный.

При нормальном режиме работы автотрансформатор может работать долгое время без перегревов и неисправностей. Для этого нужно соблюдать все требования по условиям эксплуатации и следить за тем, чтобы верхние слои масла не нагревались до температуры свыше 75°С.

Трехфазные автотрансформаторы

Трехфазные автотрансформаторы бывают двух и трехобмоточными. Фазы в них, как правило, объединены в виде звезды, где имеется нейтральная точка. Манипулируя зажимами, электроэнергию либо повышают, либо понижают.

Чаще всего трехфазные автотрансформаторы применяют для понижения напряжения в момент запуска мощного мотора, для регулирования напряжения при работе электропечей. Трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы используют в работе высоковольтных сетей.

  • улучшить КПД работающего оборудования;
  • уменьшить стоимость передачи электроэнергии.

Минусы автотрансформаторов

Как и у любых других устройств, у автотрансформаторов есть свои недостатки. Например, у обеих обмоток прибора должна быть изоляция при большом напряжении, поскольку существует электрическая связь между ними.

К недостатку относится и возникновение гальванической связи между обмотками, так как устройства становятся непригодны к использованию в сетях 600-1000 В как силовые трансформаторы, если напряжение понижается до 0,38 кВ. Это небезопасно для людей, работающих на оборудовании, куда подводится напряжение в 380 В.

В случае аварии цепь в автотрансформаторе может замкнуть, что приведет к пробою изоляции присоединенного к устройству оборудования.

В нашем интернет-магазине представлен большой выбор ЛАТРов для различных целей и условий эксплуатации. Вы можете заказать любой необходимый вам прибор, сделав заявку на сайте. Если у вас остались вопросы, позвоните нам.

Здесь мы размещаем полезную информацию товарах, статьи, обзоры, советы по выбору. Чтобы быстрее найти нужную информацию, выбирайте категорию или ищите по тегам. Не забудьте заглянуть в популярные статьи.

Основными областями применения устройств являются:

  1. Компенсация падения потенциала в распределительных системах, которое производится повышением значений напряжения питания.
  2. Системы управления асинхронных и синхронных двигателей, где наличие автотрансформатора с несколькими ответвлениями облегчает запуск.
  3. В условиях исследовательских лабораторий, когда требуется варьировать электрические переменные в широких пределах.

Данные устройства используются также для регулировки яркости света; такие приборы называют диммерами. В этих случаях особое внимание уделяют правильному подбору предохранителей, в противном случае более высокое напряжение питания может оказаться на вторичных клеммах.

Как работает ЛАТР на практике

Давайте проведем опыты с лампочкой накаливания в 95 Ватт 220 Вольт. Для этого цепляем ее к выходным клеммам справа.

Интересно, при каком напряжении начнет светится спираль лампочки? Давайте узнаем! Крутим регулятор, пока не заметим слабое свечение лампочки.

Смотрим на шкалу регулятора. 35 Вольт!

А вы знаете, что в США сетевое напряжение 110 Вольт? Интересно, как бы светилась тогда наша лампочка? Выставляем 110 Вольт.

Светится, как говорится, в пол накала.

А теперь сравните, как она светится при 220 В

Дальше повышать напряжение нет смысла. Лампочка может перегореть.

Если хотите выставить напряжение с большой точностью, то конечно же, здесь не обойтись без мультиметра. Для этого ставим крутилку мультиметра на положение измерения переменного напряжения

Цепляемся и меряем переменное напряжение. Заодно подгоняем с помощью регулятора ЛАТРа. Ровно 110 Вольт!

Принцип действия

Наиболее важные характеристики принципа действия стандартного автотрансформатора определены особенностью подключения обмоточной части.

В процессе подключения к катушке тока переменного типа внутри сердечника отмечается наличие магнитного потока.

Каждый виток на этом этапе эксплуатации прибора характеризуется индукцией электродвижущей силы с идентичной величиной.

Таким образом, принцип работы прибора объясняется стандартной схемой автотрансформатора, а в результате подсоединения нагрузки наблюдается перемещение вторичного электрического потока по обмотке. В это же время по проводнику осуществляется движение первичного тока. В результате величины двух потоков суммируются, поэтому на участок обмотки осуществляется подача незначительных по величине показателей электрического тока.

Недостатки

Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:

  • Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
  • Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
  • Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
  • Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
  • Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.

Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.