Autotransformátory — zariadenie, princípy, výhody a nevýhody

Účel, zariadenie a princíp činnosti autotransformátorov

V niektorých prípadoch je potrebné meniť napätie v malom rozsahu. Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, nie je transformátory s dvojitým vinutíma jednotlivé vinutia nazývané autotransformátory. Ak sa transformačný faktor mierne líši od jednoty, potom bude rozdiel medzi veľkosťou prúdov v primárnom a sekundárnom vinutí malý. Čo sa stane, ak spojíte dve cievky? Získate schému autotransformátora (obr. 1).

Autotransformátory sú klasifikované ako špeciálne transformátory. Autotransformátory sa líšia od transformátorov tým, že ich nízkonapäťové vinutie je súčasťou vinutia vyššieho napätia, to znamená, že obvody týchto vinutí majú nielen magnetické, ale aj galvanické spojenie.

V závislosti od zahrnutia vinutí autotransformátora môže dôjsť k zvýšeniu alebo zníženiu napätia.

Ryža.1 Schémy jednofázových autotransformátorov: a-step-down, b-step-up.

Ak pripojíte zdroj striedavého napätia k bodom A a X, potom sa v jadre objaví striedavý magnetický tok. V každom závite cievky sa indukuje EMF rovnakej veľkosti. Je zrejmé, že medzi bodmi a a X bude EMF rovné EMF jednej otáčky krát počet závitov uzavretých medzi bodmi a a X.

Ak pripojíte k cievke v bodoch a a X akúkoľvek záťaž, potom sekundárny prúd I2 bude prechádzať časťou cievky a je medzi bodmi a a X. Ale keďže primárny prúd prechádza cez rovnaké závity I1, potom tieto dva prúdy sa bude geometricky pridávať a pozdĺž úseku aX potečie veľmi malé množstvo prúdu určeného rozdielom medzi týmito prúdmi. To umožňuje, aby sa časť vinutia odrezala z drôtu malého prierezu, aby sa ušetrila meď. Ak vezmeme do úvahy, že táto sekcia tvorí väčšinu všetkých závitov, potom je hospodárnosť medi veľmi citeľná.

Preto je vhodné použiť autotransformátor na mierne zníženie alebo zvýšenie napätia, keď je v časti vinutia nastavený znížený prúd, ktorý je spoločný pre oba obvody autotransformátora, čo umožňuje vystačiť si s tenším drôtom a ušetriť tak neželezné kovy. Zároveň klesá spotreba ocele na výrobu magnetického obvodu, ktorého prierez je menší ako u transformátora.

V elektromagnetických meničoch energie - transformátoroch - sa prenos energie z jednej cievky do druhej uskutočňuje magnetickým poľom, ktorého energia je sústredená v magnetickom obvode.V autotransformátoroch sa energia prenáša ako cez magnetické pole, tak aj cez elektrické spojenie medzi primárnym a sekundárnym vinutím.

Transformátor a autotransformátor

Autotransformátory úspešne konkurujú dvojvinutým transformátorom, keď sa ich transformačný pomer mierne líši od jednoty a je väčší ako 1,5 — 2. Keď je transformačný pomer nad 3, autotransformátory nie sú opodstatnené.

Štrukturálne sa autotransformátory prakticky nelíšia od transformátorov. Na jadrách magnetického obvodu sú dve cievky. Prívody sú prevzaté z dvoch vinutí a spoločného bodu Väčšina častí autotransformátorov je konštrukčne nerozoznateľná od častí transformátora.

Laboratórne autotransformátory (LATR)

Autotransformátory sa používajú aj v nízkonapäťových sieťach ako nízkoenergetické laboratórne regulátory napätia (LATR). V takýchto autotransformátoroch sa regulácia napätia vykonáva pohybom posuvného kontaktu pozdĺž závitov vinutia.

Laboratórne riadené jednofázové autotransformátory pozostávajú z prstencového feromagnetického magnetického obvodu obaleného jednou vrstvou izolovaného medeného drôtu (obr. 2).

Z tohto vinutia je vyrobených niekoľko konštantných odbočiek, čo umožňuje použitie týchto zariadení ako zostupných alebo zostupných autotransformátorov s určitým konštantným transformačným pomerom. Navyše na povrchu cievky, očistenej od izolácie, je úzka dráha, po ktorej sa pohybuje kontakt kefy alebo valčeka, aby sa získalo plynule nastaviteľné sekundárne napätie v rozsahu od nuly do 250 V.

Keď sú susedné závity uzavreté v LATR, nedochádza k uzavretiu závitu, pretože prúdy vedenia a záťaže v kombinovanom vinutí autotransformátora sú blízko seba av opačných smeroch.

Laboratórne autotransformátory sa vyrábajú s menovitým výkonom 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Schéma laboratórne riadeného jednofázového autotransformátora

Laboratórny autotransformátor (LATR)

Trojfázové autotransformátory

Spolu s jednofázovými autotransformátormi s dvoma vinutiami sa často používajú trojfázové autotransformátory s dvoma vinutiami a trojfázové trojvinutie.

V trojfázových autotransformátoroch sú fázy zvyčajne spojené do hviezdy so zahroteným neutrálnym bodom (obr. 3). Ak je potrebné napätie znížiť, elektrická energia sa privádza na svorky A, B, C a odoberá sa zo svoriek a, b, s a pri zvýšení napätia naopak. Používajú sa ako zariadenia na zníženie napätia pri štartovaní výkonných motorov, ako aj na postupnú reguláciu svorkového napätia. vykurovacie telesá elektrické rúry.

Ryža. 3. Schéma trojfázového autotransformátora s hviezdicovým zapojením fáz vinutia s odstráneným neutrálnym bodom

Vo vysokonapäťových elektrických sieťach sa používajú aj trojfázové vysokonapäťové transformátory s tromi vinutiami.

Trojfázové autotransformátory sú spravidla na strane vyššieho napätia zapojené do hviezdy s neutrálnym vodičom. Zapojenie do hviezdy poskytuje úbytok napätia, pre ktorý je navrhnutá izolácia autotransformátora.

Použitie autotransformátorov zlepšuje účinnosť energetických systémov, znižuje náklady na prenos energie, ale vedie k zvýšeniu skratových prúdov.

Nevýhody autotransformátorov

Nevýhodou autotransformátora je potreba izolovať dve vinutia pre vyššie napätie, keďže vinutia sú elektricky spojené.

Významnou nevýhodou autotransformátorov je galvanické prepojenie medzi primárnym a sekundárnym okruhom, čo neumožňuje ich použitie ako napájačov v sieťach 6-10 kV pri poklese napätia na 0,38 kV, pretože 380 V sa dodáva do zariadení, na ktorých ľudia pracujú.

V prípade porúch v dôsledku prítomnosti elektrického spojenia medzi vinutiami v autotransformátore môže byť vyššie napätie privedené na spodné vinutie. V tomto prípade budú všetky časti prevádzkovej inštalácie spojené s vysokonapäťovou časťou, čo nie je povolené z dôvodu bezpečnosti údržby a možnosti porušenia izolácie vodivých častí pripájaného elektrického zariadenia.

Vysokonapäťové autotransformátory