Автотрансформаторы - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Автотрансформаторы – это разновидность обычного трансформатора напряжения, отличающаяся от него конструкцией, которая дает автотрансформаторам ряд важных преимуществ, делающих их незаменимыми, например, при производстве стабилизаторов напряжения.

Содержание

Автотрансформаторы | Строительство и эксплуатация

Автотрансформатор – это один из видов обычного трансформатора напряжения, отличающийся от него конструкцией, которая дает автотрансформаторам ряд важных преимуществ, делая их незаменимыми, например, при изготовлении стабилизаторов напряжения.

Но прежде всего, в этой статье я подробно объясню, что такое автотрансформатор, зачем он нужен, какова его конструкция и многое другое.

Автотрансформатор – Автотрансформатор – это устройство для изменения напряжения переменного тока при сохранении его частоты, основанное на явлении электромагнитной индукции, имеющее одну общую обмотку на магнитопроводе и не менее трех выходов из нее.

В простейшем понимании автотрансформаторы – это тип обычных трансформаторов напряжения, в которых имеется только одна обмотка, часть витков которой выполняет роль первичной обмотки, а часть – вторичной.

Для лучшего понимания рассмотрим конструкцию наиболее распространенного типа автотрансформатора.

Примечание. Электромеханические регуляторы напряжения являются одними из самых точных устройств. Низкая погрешность обусловлена использованием бесступенчатой системы управления.

ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

В данном примере мы рассмотрим основной принцип работы устройства с намотанной катушкой, имеющей три отвода – два крайних и один средний (рис. 1).

Общее количество витков обмотки Wb подключается к сети высокого напряжения, часть обмотки перед пайкой Wn подключается к стороне низкого напряжения. Нижний провод является общим проводом в схеме.

Если устройство используется в качестве повышающего преобразователя, то напряжение питания подается на выходы Un, а повышенное значение снимается с выходов Uv путем преобразования. Если питание направлено от Uv к Un, напряжение питания подключается к шунтам, расположенным выше по потоку.

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

K = Uv/Un = Wv/Wn,

т.е. численно равен отношению числа витков первичной и вторичной обмоток. Коэффициент трансформации также может быть выражен в терминах токов. В данном случае соотношение обратное:

K = Iin/Iv = Wv/Wn,

который показывает, что с увеличением числа витков и, соответственно, значения U обмотки, ток в обмотке пропорционально уменьшается. С физической точки зрения это означает, что значения мощности в обмотках одинаковы, если пренебречь потерями.

Энергетическая промышленность (электроснабжение), где эти высокомощные устройства широко используются на подстанциях;
Электроника, где многие радиоэлектронные устройства содержат АТ;
Лабораторное электротехническое оборудование для регулирования электрических параметров (ЛАТП).

Устройства с тремя обмотками используются в сетях высокого напряжения. В этом случае устройство подключается к нейтральному проводнику в соединении “звезда” со стороны высокого напряжения. Этот тип контакта может снизить напряжение, учитывая изоляционные свойства аппарата. Использование таких устройств позволяет повысить уровень эффективности системы, а также сэкономить затраты, связанные с передачей энергии. Однако в этом случае увеличивается величина токов короткого замыкания.

Характеристики

Схема замещения автотрансформатора позволяет экономить количество медных проводов. Для этого оборудования требуется провод с меньшим сечением. Это обеспечивает значительную экономию материала и относительно низкую стоимость аппарата. Производственная стоимость этого оборудования снижается за счет уменьшения количества стали, используемой для магнитного привода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы существенно отличаются по размеру площади поперечного сечения сердечника.

Конструкция современного автотрансформатора делает это устройство востребованным, когда коэффициент трансформации близок к 1 или находится в пределах от 1,5 до 2. Если этот коэффициент больше 3, применение такого устройства становится неоправданным.

Во многих отношениях работа автотрансформатора, его конструкция и детали не сильно отличаются от обычных двухобмоточных трансформаторов.

Различные режимы работы автотрансформаторов позволяют устранить недостатки в национальной системе электроснабжения. Это необходимо, например, когда напряжение падает ниже или, наоборот, немного превышает стандартные 220 В. Особенности конструкции автотрансформатора позволяют выполнять регулировку с определенным шагом. Электронный автотрансформатор, включающий в себя систему переключения и регулирования, выполняет этот процесс автоматически.

Две обмотки, первичная и вторичная, электрически и магнитно связаны и имеют общий магнитопровод. Первичная часть обмотки подключается к источнику переменного тока. Это позволяет легко увеличить или уменьшить напряжение питания, просто поменяв местами соединения.

Классификация типов

В целом, рассматриваемые устройства используются в промышленных и бытовых приложениях, рассчитанных на низкое энергопотребление. Они также эффективны для соединения систем, работающих при разных значениях напряжения. Этим объясняется разнообразие типов автотрансформаторов.

Рассматриваемые продукты разнообразны:

В соответствии со степенью защиты внешнего корпуса – устройства, предназначенные для эксплуатации вне помещений, имеют водонепроницаемый корпус.
По техническим характеристикам – диапазон рабочей частоты, значения максимального первичного и вторичного напряжения, максимального вторичного тока, мощности и температуры.
В зависимости от типа электрической сети, в которой они работают – однофазные или трехфазные.

Основные типы автотрансформаторов

ВУ-25-Б используется для выравнивания вторичных токов в дифференциальной защите силовых трансформаторов.
ATD— Мощность 25 Вт, требует много времени для насыщения, имеет старую конструкцию и поэтому используется очень редко.
ЛАТР-1 – Предназначен для сети 127 В.
ЛАТП-2 – ЛАТП-2 рассчитан на напряжение 220 В.
ЛАТП-1 Предназначен для небольших грузов.
РСО предназначен для тяжелых нагрузок.
ATCN – используется для измерения телеметрических устройств.

Электрические нагрузки подключаются к лабораторному автотрансформатору через выходные клеммы, а само устройство подключается к центральной электросети через входные клеммы или путем включения в розетку.

Как работает оборудование

Лабораторный автотрансформатор, или сокращенно ЛАТП, – это устройство на основе магнитопровода с медными обмотками, в котором происходит электрическая связь. Угольная щетка перемещается по обмотке и контактирует с подключенной электрической нагрузкой. В зависимости от положения щетки меняется коэффициент трансформации, что в свою очередь влияет на величину выходного напряжения. Ручка, изменяющая положение щетки, позволяет регулировать масштабное значение тока, подаваемого на нагрузку.

Основное отличие лабораторных автотрансформаторов от обычных заключается в том, что подвижный контакт в обмотке позволяет изменять число витков обмотки, что дает возможность устанавливать напряжение в широком диапазоне, например, от 0 до 250 В в однофазных и от 0 до 430 В в трехфазных. Количество обмоток плавно изменяется, что позволяет достичь наиболее точных значений напряжения и чистой синусоидальной волны на выходе. Кроме того, устройство легче и компактнее своих традиционных аналогов и имеет гораздо более высокий КПД (до 98%). На панели управления имеется вольтметр для контроля работы устройства, а вентиляционные решетки в корпусе помогают поддерживать естественную температуру и предотвращают перегрев.

Автотрансформаторы используются в качестве преобразователей электрического напряжения в пусковой аппаратуре для различных двигателей переменного тока, включая самые мощные, для плавного регулирования напряжения в цепях релейной защиты и т.д. Регулирующие автотрансформаторы, благодаря возможности механического смещения точки ответвления вторичного напряжения, позволяют поддерживать постоянное вторичное напряжение при изменении первичного напряжения. Один и тот же автотрансформатор может быть как повышающим, так и понижающим трансформатором, в зависимости от способа соединения обмоток.

Что такое автотрансформатор?

Трансформатор, в общем смысле, предназначен для преобразования входного тока одного напряжения в выходной ток другого напряжения. В случаях, когда необходимо изменять напряжение в небольших пределах, проще и практичнее использовать для этой цели трансформатор с одной обмоткой, так называемый автотрансформатор, вместо трансформатора с двумя обмотками.

Автотрансформатор – это тип электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, так что происходит как электромагнитная, так и гальваническая связь.


TDGC2, TSGC2 автотрансформаторы

Встроенная обмотка автотрансформатора имеет не менее 3 измерительных выводов. Подключаясь к этим выводам, можно получить различные напряжения. При небольших коэффициентах трансформации от 1 до 2 автотрансформаторы более эффективны, легче и дешевле, чем многообмоточные трансформаторы.

Основным преимуществом автотрансформатора является его высокий КПД, достигающий 99%. Это связано с тем, что преобразуется только часть энергии. В условиях, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно, это является важным преимуществом, так как потери при преобразовании минимальны.

Основным недостатком автотрансформаторов является то, что первичная и вторичная цепи не гальванически изолированы с помощью изоляции, как в обычном трансформаторе. Это означает, что так называемая “гальваническая развязка” не может быть создана, поэтому при высоких коэффициентах преобразования существует высокая вероятность короткого замыкания или выхода из строя автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов экономически оправдано при подключении эффективно заземленных сетей с напряжением выше 110 кВ и коэффициентом трансформации менее 3-4, так как потери мощности меньше, чем в обычном электрическом трансформаторе. Еще одним экономическим обоснованием использования автотрансформатора является то, что в нем используется меньше меди для обмоток и электротехнической стали для сердечника, поэтому вес и размеры автотрансформатора меньше и его стоимость ниже.

Автотрансформаторы используются в качестве преобразователей электрического напряжения в пусковой аппаратуре различных двигателей переменного тока, в том числе самых мощных, для плавного регулирования напряжения в цепях релейной защиты и т.д. Регулирующие автотрансформаторы позволяют поддерживать постоянное вторичное напряжение при изменении первичного напряжения благодаря возможности механического смещения точки вторичного ответвления. Один и тот же автотрансформатор может быть повышающим или понижающим трансформатором, в зависимости от соединения обмоток.

Переменные автотрансформаторы для лабораторий (LATR)

Автотрансформаторы также используются в сетях низкого напряжения в качестве лабораторных регуляторов напряжения малой мощности. Регулирование напряжения в этих автотрансформаторах достигается путем перемещения скользящего контакта по обмоткам.

LATR изготавливаются путем намотки кольцеобразной ферромагнитной магнитной катушки с изолированным медным проводом в один слой. Эта обмотка имеет несколько фиксированных отводов, что позволяет использовать ЛАТП в качестве понижающего или повышающего трансформатора с определенным фиксированным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности медной обмотки, очищенной от изоляции, вырезается узкая дорожка, по которой может двигаться ролик или контактная щетка. Это позволяет плавно регулировать вторичное напряжение от 0 до 250 В. Следует отметить, что при коротком замыкании соседних обмоток лабораторного трансформатора повреждения обмоток не происходит, так как токи линии и нагрузки в объединенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены в противоположные стороны. ЛАТРы выпускаются мощностью от 0,5 кВА до 7,5 кВА.

Использование автотрансформаторов способствует повышению эффективности различных энергосистем и обеспечивает снижение затрат на передачу электроэнергии, но приводит к повышению риска коротких замыканий.

Преимущества автотрансформаторов перед обычными трансформаторами

Снижение потребления активных материалов, таких как медь и электротехническая сталь,
Повышение эффективности энергосистемы (до 99,7%)
уменьшенные размеры и вес
низкая стоимость

Недостатки использования автотрансформаторов по сравнению с обычными электрическими трансформаторами

Снижение КПД при высоких коэффициентах трансформации (более 3-4);
Из-за того, что первичная и вторичная обмотки объединены в одну обмотку автотрансформатора и электрически связаны, его нельзя использовать в качестве понижающего трансформатора напряжения в сетях, например, от 6 до 10 кВ. Это связано с тем, что в случае аварии все части автотрансформатора и подключенное к нему оборудование будут подключены к высоковольтному оборудованию электросети. Это недопустимо по причинам безопасности обслуживания и возможности нарушения изоляции токоведущих частей подключенного электрооборудования, с которым работают люди.

Автотрансформаторы успешно конкурируют за покупателей, как и двух- и даже трехобмоточные электрические трансформаторы. Автотрансформаторы относительно недороги, удобны, могут выполнять как повышающие, так и понижающие функции и являются идеальным выбором для сетей с низким напряжением и коэффициентом трансформации.

Читайте далее: