Чем отличается автотрансформатор от трансформатора, устройство, назначение, принцип действия. Что такое автотрансформатор? Автотрансформаторы и особенности их работы

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью об­мотки высокого напряжения (рис. 7.6).

У однофазного автотрансформатора всего одна обмотка. В режиме холостого хода автотрансформатор ничем не отли­чается от обычного трансформатора. В режиме нагрузки по общей части витков протекает ток, который равен разности токов ( i 1 - i 2 ), так как вторичный ток ослабляет магнитный поток в сердечнике (т. е. соответствующий магнитный поток имеет знак, противоположный знаку потока, создаваемого током первичной обмотки).

Чаще всего автотрансформаторы изготавливают со сколь­зящим контактом, что позволяет плавно регулировать вы­ходное напряжение в широких пределах. Примером мо­жет служить лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) (рис. 7.7, а).

Обмотка этого трансформатора выполнена проводом круг­лого сечения на тороидальном стальном сердечнике. На одной торцевой стороне изоляцию снимают вместе с частью самого провода, но при этом витки остаются изолированны­ми друг от друга (рис. 7.7, б). По оголенной поверхности витков скользит небольшая щетка, подключая нагрузку к различному числу витков и изменяя тем самым выходное напряжение. Так как перемещающаяся щетка замыкает на­коротко сразу 1- 2 витка, то при хорошем контакте между ними эти витки могут сгореть. Чтобы этого не случилось, щетку делают из графита, сопротивление которого доста­точно велико для ослабления токов в короткозамкнутых витках.

Медный срез

.Изоляция (эмаль)

Если часть обмотки автотрансформатора сделать первич­ной, а всю обмотку вторичной, то автотрансформатор будет повышающим.

15. Трансформаторы тока и напряжения.

В технике больших токов и высоких напряжений измере­ния электрических величин производят только через изме­рительные трансформаторы -трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, так как непосредственные измерения с помощью шунтов и добавочных резисторов весьма затруднительны. Так, наибольший ток, который еще можно измерить путем непосредственного включения прибора, со­ставляет 600 А, а напряжение - 2000 В. К тому же шунты и добавочные сопротивления получаются громоздкими и доро­гими, а прикосновение к таким приборам в сетях высокого напряжения опасно для жизни.

Трансформатор тока состоит из сердечника и двух обмо­ток - первичной и вторичной (рис. 7.8).

Первичную обмотку, которая содержит небольшое коли­чество витков, включают последовательно с нагрузкой, в цепи которой необходимо измерить ток, а к вторичной обмотке, с большим числом витков, подключают амперметр. Так как сопротивление амперметра мало, то можно считать, что транс­форматор тока работает в режиме короткого замыкания, при котором суммарный магнитный поток равен разности пото­ков, созданных первичной и вторичной обмотками.

Измеряемый ток, протекая по первичной обмотке с низ­ким сопротивлением, создает на ней весьма небольшое паде­ние напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значи­тельно больше, чем у первичной, то на ней получается значи­тельно большее напряжение при меньшем токе.

Трансформатор тока применяют не только для определе­ния силы тока, но и для включения токовых обмоток ват­тметров и некоторых других приборов. Выводы обмоток транс­форматора тока маркируют следующим образом: первичная обмотка - Л1 и Л 2 (линия), вторичная - И1 и И 2 (измери­тель). На рис. 7.8 также изображено схематическое обозна­чение трансформатора тока.

Один и тот же трансформатор тока можно использовать для одновременного включения нескольких измерительных приборов (рис. 7.9), однако желательно, чтобы их было не больше двух. Это объясняется тем, что по мере увеличения числа приборов их общее сопротивление возрастает, и режим работы трансформатора тока все более отходит от режима короткого замыкания (уменьшается ток вторичной обмотки).

Трансформатор тока не только расширяет пределы изме­рения приборов, но и гальванически отделяет вторичную цепь от первичной, изолируя тем самым прибор от высо­ких напряжений сети. Поэтому измерительные приборы монтируют обычным способом на распределительных щи­тах. При этом для безопасности один вывод вторичной об­мотки заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался замк­нутым на землю. Трансформаторы тока изготавливают та­ким образом, чтобы номинальный ток вторичной обмотки составлял 5 А.

Вторичную обмотку работающего трансформатора тока нельзя размыкать и оставлять разомкнутой. Она всегда дол­жна быть замкнута на прибор или закорочена. Это следует делать потому, что при разомкнутой вторичной обмотке магнитный поток в сердечнике обусловлен лишь большим первичным током, а не разностью потоков первичного и вторичного токов. Этот большой магнитный поток создаст на вторичной обмотке высокое напряжение, опасное для жизни. Кроме того, большой магнитный поток может выз­вать перегрев сердечника.

Конструктивно трансформаторы тока выполняют по-раз­ному. Все они, как правило, имеют несколько коэффициен­тов трансформации. Наиболее удобный переносной транс­форматор тока - измерительные клещи (рис. 7.10).

Это трансформатор с разъемным сердечником, смонтиро­ванный в одном корпусе с амперметром. При нажатии на рукоятку сердечник размыкается и им обхватывается про­вод с измеряемым током. После отпускания рукоятки спе­циальная пружина плотно замыкает сердечник, и амперметр показывает силу тока в проводе. В данном случае провод с измеряемым током выступает в роли первичной обмотки. Измерительные клещи очень удобны, так как позволяют из­мерять ток в любом месте линии без разрыва провода, хотя точность таких измерений невысока.

Трансформатор напряжения состоит из сердечника и двух обмоток - первичной и вторичной (рис. 7.11).

Первичная обмотка содержит значительно больше витков, чем вторичная. На первичную обмотку подается измеряемое напряжение U1, а к вторичной обмотке подсоединяется вольт­метр. Поскольку сопротивление вольтметра велико, то по вто­ричной обмотке течет небольшой ток, и можно считать, что трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода, т. е. изменения вторичного напряжения пропорциональны изменениям первичного при постоянном коэффициенте транс­формации. Фаза вторичного напряжения противоположна фазе первичного. Выводы трансформатора напряжения обознача­ют следующим образом: выводы первичной обмотки - А, X, выводы вторичной - а, x . Все трансформаторы напряжения

изготавливают таким образом, чтобы номинальное напряже­ние вторичной обмотки было равно 100 В.

В целях безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформато­ра напряжения обязательно заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потен­циалом оказался замкнутым на землю. Конструктивно транс­форматоры напряжения очень похожи на маломощные си­ловые трансформаторы.

Автотрансформатор является одним из вариантов трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки, подсоединенные напрямую.

Благодаря такой особенности устройство обладает не только магнитной, но и электрической связью.

Устройство и принцип действия автотрансформаторов рассмотрим в статье.

Что такое автотрансформатор?

С общей точки зрения трансформаторы - приборы, предназначенные для преобразования показателей тока входного типа с одного напряжения на выходные токи другого напряжения. Если необходимо произвести замену уровня напряжения в незначительных пределах, то самым оптимальным вариантом станет применение однообмоточного прибора, также известного под названием автотрансформатор.

При коэффициенте трансформации на уровне единицы осуществляется полное поступление энергии непосредственно к заключительному потребителю.

Регулирование обеспечивается секционированной обмоткой внутри автотрансформатора, а сам прибор характеризуется удобством и ремонтопригодностью.

Автотрансформаторы обладают достаточно простой и интуитивно понятной конструкцией, что совершенно не умаляет достоинств такого прибора, но несколько ограничивает сферу применения.

Отличие автотрансформатора от трансформатора

Классические трансформаторы обладают не связанными друг с другом первичными и вторичными обмотками, поэтому процесс передачи энергии в таких устройствах обусловлен наличием магнитного поля.

На объединенной обмотке автотрансформатора располагается три вывода или более, при подключении к которым есть возможность получить различные показатели уровня напряжения.

В условиях малых коэффициентов трансформации, в пределах одной-двух единиц, любые автотрансформаторы показывают более высокую эффективность по сравнению с трансформаторными устройствами. Кроме всего прочего, такие приборы более легкие по весу и доступнее по стоимости, чем традиционные трансформаторы многообмоточного типа.

Устройство автотрансформатора

Однако, сравнивая основные характеристики автотрансформатора и классического трансформатора, можно смело утверждать, что второй вариант является максимально универсальным, а также отличается более широким диапазоном работы в процессе эксплуатации.

Автотрансформаторы характеризуются фактическим наличием одной обмотки с отходящими выводами, что обеспечивает высокоэффективную электромагнитную и электрическую связь.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества автотрансформаторов закономерно снижаются в условиях повышения трансформирующего коэффициента, и именно по этой причине агрегаты такого типа недопустимо использовать при питании распределительной электрической сети 220 В от напряжения шесть тысяч Вольт.

Таким образом, достоинства автотрансформатора максимально проявляются при наименьшем коэффициенте трансформации, и в этом случае бывают представлены:

• незначительным расходом стали для изготовления сердечника;
• пониженным расходом меди для производства обмоток;
• простотой и незначительными габаритами конструкции;
• почти максимальным коэффициентом полезного действия, достигающим показателей 99 %;
• меньшими потерями на обмотках и стальных магнитных проводах;
• частичной передачей энергии с использованием электрических связей;
• достаточной полезной мощностью;
• наименьшими изменениями напряжения в условиях смены нагрузки;
• доступной для рядового потребителя стоимостью.

При наличии высшего и низшего напряжения в условиях одного порядка отсутствуют препятствия для электрического соединения цепей.

Основные недостатки автотрансформатора заключаются в малом сопротивлении короткого замыкания, объясняющим высокую токовую кратность и возможность передачи высшего напряжения в сеть с низкими показателями, что обусловлено наличием электрической связи. Низковольтная схема внутри устройства напрямую зависит от наличия в сети достаточно высокого уровня напряжения, поэтому для предотвращения сбоев разрабатываются специальные схемы.

Лабораторный автотрансформатор

Кроме всего прочего, небольшое рассеивание, возникающее между обмотками, может спровоцировать короткое замыкание. Важно помнить, что соединение между обмотками в обязательном порядке должно быть максимально равномерным, а нейтраль обладает исключительно двумя блоками.

Следует отметить, что из-за конструктивных особенностей автотрансформатора достаточно проблематично сохранять целостность электромагнитного баланса, а балансировка потребует увеличения габаритов, что негативно сказывается на весе и стоимости прибора.

Устройство автотрансформатора

Для электромагнитного устройства статического типа характерно наличие одной обмотки, часть которой одновременно отвечает как за первичную, так и за вторичную сеть. Таким образом, в автотрансформаторе существует не только магнитная, но и электрическая связь, которая возникает между обмотками первичного и вторичного вида. В настоящее время прибор выпускается в виде одно- и трехфазного, а также двух- или трехобмоточного устройства.

Двухобмоточный трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторы имеют определенный тип конструкции и некоторые особенности, представленные первой обмоткой, которая используется в качестве части второго контура агрегата или наоборот.

Поломку трансформатора можно определить при помощи мультиметра. – особенности прямого и косвенного методов проверки.

Схему подключения трансформатора с трех мест вы найдете .

С принципом действия трансформатора 220 на 12 вольт вы можете ознакомиться .

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.

Как показывает практика эксплуатации автотрансформаторов, по некоторым основным параметрам принцип работы такого прибора имеет не слишком существенные отличия от традиционных трансформаторов двухобмоточного типа.

В настоящее время наряду с однофазными приборами находят достаточно широкое применение и устройства трехфазного типа, отличающиеся обмоткой. Существуют современные трёхфазные автотрансформаторы, имеющие два и три контура.

Основные защитные характеристики автотрансформатора представлены несколькими вариантами:

• дифференциальная разновидность, предупреждающая выход из строя при любых нарушениях в обмотке;
• принцип токовой отсечки, корректирующий неполадки, возникшие на ошинковках или вводах;
• высокоэффективная токовая защита, которая четко срабатывает в условиях повреждения агрегата;
• газовый вид, оповещающий даже о выделениях или понижении количества маслянистой жидкости.

Конструкцией предусмотрена защита при появлении замыкания или перегрузки, но прибор не подлежит эксплуатации, если замечено повреждение изолирующего слоя, отмечается сбой на соединительных участках, присутствуют сторонние звуки или слишком сильная вибрация, а также прибор имеет на корпусе выраженные трещины или многочисленные сколы.

Видео на тему

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.

Что такое автотрансформатор?

Из школьного курса физики известно, что простейший трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железные сердечники. Магнитным полем переменного тока, запитанного через выводы первичных обмоток, возбуждаются электромагнитные колебания во второй катушке, с аналогичной частотой.

При подключении нагрузки, к выводам рабочей обмотки, она образует вторичную цепь, в которой возникает электрический ток. При этом напряжение в образованной электрической цепи связано прямо пропорциональной зависимостью с количеством витков обмоток. То есть: U 1 /U 2 = w 1 /w 2 , где U 1 , U 2 – напряжения, а w 1 , w 2 – количество полных витков в соответствующих катушках.

Рисунок 1. Схема обычного трансформатора и автотрансформатора

Немного по-другому устроен автотрансформатор. Он, по сути, состоит из одной обмотки, от которой сделано один или несколько отводов, образующих вторичные витки. При этом все обмотки образуют между собой не только электрическую, но и магнитную связь. Поэтому, при подаче электрической энергии на вход автотрансформатора, возникает магнитный поток, под действием которого происходит индукция ЭДС в обмотке нагрузки. Величина электродвижущей силы связана прямой пропорциональностью с числом витков, образующих нагрузочную обмотку, с которой снимается напряжение.

Таким образом, формула, приведённая выше, справедлива и для автотрансформатора.

Из основной обмотки можно отводить большое количество выводов, что позволяет создавать комбинации для снятия различных по величине напряжений. Это очень удобно на практике, так как понижение напряжения часто требуется для питания нескольких блоков электроприборов, использующих различные напряжения.

Отличие автотрансформатора от обычного трансформатора

Как видно из описания автотрансформатора, главное его отличие от обычного трансформатора – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь. Эти группы не требуют отдельной электрической изоляции.

У такого устройства есть определённые преимущества:

• сокращён расход цветных металлов, используемых на изготовление такого оборудования;
• передача энергии осуществляется путём воздействия электромагнитного поля входного тока, и благодаря электрической связи между обмотками. Следовательно, потеря энергии оказывается ниже, поэтому у автотрансформаторов наблюдаются более высокие КПД;
• малый вес и компактные габариты.

Несмотря на конструкционные различия, принцип работы этих двух типов изделий остаётся неизменным. Выбор типа трансформатора зависит, прежде всего, от целей и задач, которые приходится решать в электротехнике.

Типы автотрансформаторов

В зависимости от того в каких сетях (однофазных или трёхфазных) требуется изменить напряжение, используют соответствующий тип автотрансформаторов. Они бывают однофазными либо трёхфазными. Для трансформации тока с трёх фаз можно установить три автотрансформатора, предназначенных для работы в однофазных сетях, соединив их выводы треугольником или звёздочкой.

Существуют типы лабораторных автотрансформаторов, позволяющих плавно изменять значения по выходному напряжению. Такой эффект достигается путём перемещения ползунка по поверхности открытой части однослойной обмотки, наподобие принципа работы реостата. Витки проволоки наносятся вокруг кольцеобразного ферромагнитного сердечника, по окружности которого и перемещается контактный ползунок.

Автотрансформаторы подобного типа массово применялись на просторах СССР в эпоху массового распространения ламповых телевизоров. Тогда напряжение сетей было нестабильно, что вызывало искажения изображений. Пользователям этой несовершенной техники приходилось время от времени подстраивать напряжение до уровня 220 В.

До появления стабилизаторов напряжения, единственной возможностью достичь оптимальных параметров питания для бытовой техники того времени, было применение ЛАТР. Данный тип автотрансформаторов используется и сегодня в различных лабораториях и учебных заведениях. С их помощью осуществляется наладка электротехнического оборудования, тестируется аппаратура с высокой чувствительностью и выполняются другие задачи.

В специальном оборудовании, где нагрузки незначительны, применяются модели автотрансформаторов ДАТР.

Существуют также автотрансформаторы:

• малой мощности, для работы в цепях до 1 кВ;
• среднемощные агрегаты (больше 1 кВ);
• высоковольтные автотрансформаторы.

Следует заметить, что с целью безопасности ограничено использование автотрансформаторов в качестве , для снижения до 380 В напряжений, превышающих 6 кВ. Это связано с наличием гальванической связи между обмотками, что не безопасно для конечного потребителя. При авариях не исключено, что высокое напряжение попадёт на запитанное оборудование, что чревато непредсказуемыми последствиями. В этом кроется основной недостаток автотрансформаторов.

Обозначение на схемах

Отличить автотрансформатор на схеме от изображения обычного трансформатора очень легко. Признаком является наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах. По одну или по обе стороны этой лини схематически изображены обмотки, но в автотрансформаторе все они соединены друг с другом. Если на схеме витки изображены автономно, то речь идёт об обычном трансформаторе (см. рисунок 1).

Устройство и конструктивные особенности

Как было отмечено выше, автотрансформатор состоит из одной катушки. Её наматывают на обычный или на тороидальный сердечник.

В силу конструктивных особенностей у него отсутствуют гальванические развязки между цепями, что может привести к поражению высоковольтным током. Поэтому понижающий автотрансформатор, ввиду его повышенной опасности, требует принятия дополнительных мер по защите от поражения электротоком. Работа с ним допускается при условии строгого соблюдения правил безопасности.

Принцип действия автотрансформатора

Несмотря на особенности строения обмоточной части агрегата, его принцип действия очень напоминает работу обычного трансформатора. По такому же принципу во время циркуляции переменного тока возникает магнитный поток в сердечнике. Его действие на обмотку характеризуется появлением на каждом отдельном витке равновеликой электродвижущей силы. Суммарная ЭДС на отрезке обмотки равна сумме величин токов всех отдельно взятых витков.

Особенностью является то, что по обмотке циркулирует ещё и первичный ток, который оказывается в противофазе к индукционному потоку. Результирующие значения этих токов на участке обмотки, предназначенной для потребителя, получаются меньшими (для понижающего тр.) чем параметры поступающего электричества.

Соотношение величин ЭДС выражается формулой: E 1 /E 2 = w 1 /w 2 = k , где E – ЭДС, w – количество витков, k – коэффициент трансформации.

Учитывая то, что падение напряжений в обмотках трансформатора невелико – его можно не учитывать. В таком случае равенства: U 1 = E 1 ; U 2 = E 2 можно считать справедливыми. Таким образом, приведённая выше формула приобретает вид: U 1 /U 2 = w 1 /w 2 = k, то есть, соотношение напряжений к числу витков такое же, как и для обычного трансформатора.

Не вдаваясь в подробности, заметим, что отношение силы тока верхней катушки к току нагрузки, как и для обычного трансформатора, выражается формулой: I 1 /I 2 = w 2 /w 1 = 1/k. Отсюда следует, что поскольку в w 2 < w 1 , то I 2 < I 1 . Другими словами ток на выходе значительно меньше величины входящего тока. Таким образом, расходуется меньше энергии на нагревание проволоки, что позволяет использовать провода меньшего сечения.

Примечательно, что мощность нагрузки образуют токи электромагнитной индукции и электрической составляющей. Электрическая мощность (P = U 2 *I 1) довольно ощутима, в сравнении с индукционной составляющей, поступающей во вторичную цепь. Поэтому, чтобы получить требуемую мощность, используются меньшие значения сечений для магнитопроводов.

Области применения

Автотрансформаторы по сей день занимают прочные позиции в различных областях, связанных с электротехникой. Без них не обходятся:

• различные выпрямители;
• радиотехнические устройства;
• телефонные аппараты;
• сварочные аппараты;
• системы электрификации железных дорог и многие другие устройства.

Трёхфазные автотрансформаторы используют в высоковольтных электросетях. Их применение повышает КПД энергосистем, что сказывается на снижении затрат, связанных с передачей электроэнергии.

Преимущества и недостатки

К описанным выше преимуществам можно добавить низкую стоимость изделий, за счёт снижения затрат на применяемые цветные металлы, расходов на трансформаторную сталь. Для автотрансформаторов характерны незначительные потери энергии токов, циркулирующих по обмоткам и сердечникам, что позволяет достигать уровня коэффициента полезного действия до 99%.

К недостаткам следует добавить необходимость оборудования глухого заземления нейтрали. В связи с существующей вероятностью по короткому замыканию и возможностью передачи высокого напряжения по сети, для автотрансформаторов существуют определённые ограничения к применению.

Из-за гальванической связи обмоток, возникает опасность перехода между ними атмосферных перенапряжений. Однако, несмотря на недостатки, автотрансформаторы по-прежнему находят широкое применение в самых различных областях.

Видео по теме статьи

Автотрансформатор - это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь. Обмотки обычного трансформатора можно включить по схеме автотрансформатора, для чего выход X обмотки w ax соединяют с выводом а обмотки w ax (рис. 3.2). Если выводы Ах ах подключить нагрузку Z H , то получим понижающий автотрансформатор. Если же выводы ах подключить к сети, а к выводам Ах подключить нагрузку Z H , то получим повышающий автотрансформатор.

Рис. 3.2. Электромагнитная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного понижающего автотрансформатора

Рассмотрим подробнее работу понижающего автотрансформатора. Обмотка w ax одновременно является частью первичной обмотки и вторичной обмоткой. В этой обмотке проходит ток I 12 . Для точки а запишем уравнение токов:

т. е. по виткам wax проходит ток I 12 , равный разности вторичного I 2 и первичного I 1 токов. Если коэффициент трансформации автотрансформатора k A = w Ax /w ax ,. немногим больше единицы, то токи I 1 и I 2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить витки w ax проводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность S пр =U 2 I 2 из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность S p асч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. В автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитной связи существует еще и электрическая. Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора S пр = U 2 I 2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.5). Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим

S пр =U 2 I 2 =U 2 (I 1+ I 12) =U 2 I 1 +U 2 I 12 =S э +S расч. (3.7)

Здесь S э = U 2 I 1 , - мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями.

Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе S расч = = U 2 I 12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности.

Средняя длина витка обмотки также становится меньше; следовательно, умень­шается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно умень­шаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается.

Таким образом автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощ­ности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стои­мостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%.

Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность S 3 , а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности.

Мощность S Э передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением

S э = U 2 I 1 =U 2 I 2 /k A =S пр /k A , (3.8)

т.е. значение мощности S Э обратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора k A .

Рис. 3.3. Зависимость S Э /S ПР от коэффициента трансформации автотрансформатора

Из графика (рис. 3.3) видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при k A = 1 вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (S Э /S ПР = 1).

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации k A < 2. При большом значении коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем:

1. Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и х(см. рис. 3.2, а) напряжение U 1 подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з. (см. § 4.1), поэтому токи к.з. ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора.

2. Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требуетусиленной электрической изоляции всей обмотки.

3.При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН.

4. В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для понижения напряжения сетей ВН до значений НН, подводимого непосредственно к потребителям.

Рис. 3.4. Трехфазный автотрансформатор

Силовые автотрансформаторы широко применяют в линиях передачи и распределения электроэнергии для связи сетей смежных напряжений, например ПО и 220, 220/и 500-кВ и др. Такие автотрансформаторы обычно выполняют на большие мощности (до 500 МВ-А и выше). Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяют в звезду (рис. 3.4).

Автотрансформаторы применяют в электроприводе переменного тока для уменьшения пусковых токов двигателей значительной мощности (см. § 15.2), а также для регулировки режимов работы злектрометаллургических печей. Автотрансформаторы малой мощности применяют в устройствах радио, связи и автоматики.

Рис. 3.5. Регулировочный одно­фазный автотрансформатор:

1 - ручка для перемещения кон­тактной щетки; 2 - щеткодержа­тель; 3 - обмотка

Широко распространены автотрансформаторы с переменным коэффициентом трансформации. В этом случае автотрансформатор снабжают устройством, позволяющим регулировать величину вторичного напряжения путем изменения числа витков w ах (См. рис. 3.2). Осуществляется это либо переключателем, либо с помощью скользящего контакта (щетки), перемещаемого непо­средственно по зачищенным от изоляции витками обмотки. Такие автотрансформаторы, называемые регуляторами напряжения, могут быть однофазными (рис. 3.5) и трехфазными.

Контрольные вопросы

1. Каковы достоинства трехобмоточных трансформаторов?

2. Перечислите достоинства и недостатки автотрансформаторов.

3. Зависят ли достоинства автотрансформатора от коэффициента трансформации? Объясните, почему.

4. Объясните устройство автотрансформатора с переменным коэффициентом

трансформации.

По сравнению с обычными трансформаторами, автотрансформаторы имеют ряд преимуществ. Среди преимуществ можно выделить то, что КПД автотрансформаторов намного выше, чем у обычных трансформаторов, количество витков, размеры и вес магнитопровода меньше, что значительно экономит материал и соответственно цену автотрансформаторов . Недостатком является то, что устройство, использующее автотрансформатор соединено с электрической сетью, то есть ни одну из точек схемы такого устройства нельзя заземлить. Это может привести к короткому замыканию или к выходу из строя устройства.
В автотрансформаторах существует электрическая связь помимо магнитной. Таким образом, расчетная мощность представляет собой часть проходной. В обычных же трансформаторах вся проходная мощность является расчетной (зависит от габаритов и веса трансформатора) из-за существования исключительно магнитной связи. Целесообразнее всего использовать автотрансформаторы с коэффициентом трансформации, имеющим значение меньше 2. В случае, если коэффициент имеет значение большее, у автотрансформаторов появляются некоторые недостатки.
В наше время, в бытовой технике и автоматических устройствах широко применяются автотрансформаторы со значением мощности до 1кВА. Автотрансформаторы с большей мощностью применяют обычно в устройствах с мощными двигателями переменного тока - так называемые силовые автотрансформаторы . Их мощность достигает значения нескольких сотен МВА.

49 )как передается в автотрансф-ре мощность из первичной сети во вторичную?

При этом передача мощности из первичной сети во вторичную сеть происходит, помимо магнитной связи, еще и за счет электричества.

51 )Почему косинус в режиме х.х значительно меньше чем в номинальном режиме? Объясните зависимость cosf=f(U1)

52 )В чем заключается опасность аварийного к.з автотрансформатора(по сравнению с трансф-ром)?

Ток КЗ вкл…. В U`/U 2 =1/1-n раз превышает ток кз обычного тр-ра

53) Как при увеличении тока во вторичной обмотке изменится поток взаимоиндукции, поток рассеяния, индуктированные эдс?

I 2 и Ф – Ф – неизменный … создает магнитный поток рассевания, неизменно Ф 2 , он сцепляется с винтами собственной обмотки, индуктирует в них ЭДС рассеивания

54) Что такое группа соединения транс-ра? Как ее можно определить по векторной диаграмме?

Для включения трансф-ра на параллельную работу с другими трансф-ми имеет значение сдвиг фаз между эдс первичной и вторичной обмоток. Для характеристики этого сдвига вводится понятие о группе соединений обмоток.Группа соединения обмоток трансформатора определяется углом сдвига между векторами одноименных линейных ЭДС (например, EAB и Eab или EBA и Eba) обмоток высшего и низшего напряжений.

55) Какие схемы и группы соединений трансф-ров являются стандартными?

Звезда, треугольник и зигзаг- схемы соединения

Группы- 0,11

Согласно ГОСТу для однофазных трансформаторов установлена одна стандартная группа соединений - 0.

У трехфазных трансформаторов возможны все двенадцать различных групп соединений, но желательно иметь минимальное число различных групп, поэтому для трехфазных трансформаторов установлены только две стандартные группы: 11 и 0.

Группе 11 соответствуют два способа соединения: звезда/треугольник (Y/D) и звезда с выведенной нейтральной точкой/треугольник (Y/D).

Группе 0 соответствует один способ соединения: звезда/звезда с выведенной нейтральной точкой (Y/Y). Специальный знак (Y) во втором и в третьем случаях показывает, что при данном соединении обмоток нейтральная точка имеет вывод. В числителе обозначения всегда указывается способ соединения обмотки высшего напряжения.

Группа 0- Y/Y применяется для трансформаторов с высшим напряжением до 35 кВ включительно при низшем напряжении 230 В и мощности до 560 кВ А или при том же пределе высшего напряжения с низшим напряжением 400 В и мощностью до 1800 кВ А. Оба способа соединения по группе 11 предназначены для более мощных трансформаторов и более высоких напряжений.

В качестве примера на рис. 108 показано, как при соединении Y/D вектор низшего (вторичного) линейного напряжения U аб образует с вектором высшего (первичного) линейного напряжения U AB угол 330°, который равен углу между стрелками в 11 ч; следовательно, этот способ соединения должен быть отнесен к группе 11.

56 )Изобразите схему замещения трансформатора при нагрузке, поясните параметры и объясните количественные соотношения параметров?

Z н =(w 1 /w 2) 2 (r н +-jx н)- сопротивление нагрузки