Работа электрооборудования обеспечивается системой повышающих, понижающих трансформаторов. Приборы «отличаются» рядом характеристик. Бытовые агрегаты рассчитаны на напряжение 110 или 220В, а бытовые – на 380В. Некоторые из представленных устройств снижают или повышают напряжение, другие передают электричество постепенно от подстанции потребителям.
Подобные действия совершают «трансформаторы и автотрансформаторы». Агрегаты характеризуются некоторыми отличиями. Однако подобные аппараты предназначены для поддержания требуемого уровня напряжения в сети. Чтобы научиться правильно, безопасно применять подобное оборудование, нужно рассмотреть их главные отличия.
- 1 Основное определение
- 2 Основные отличия
Основное определение
Чтобы понимать, «чем принципиально отличаются трансформатор и автотрансформатор», нужно рассмотреть их определение.
Трансформатор – электромагнитный прибор статического типа, преобразующий электрический ток переменного значения с определенным показателем напряжения в электроэнергию другого уровня.
Прибор способен повышать или понижать этот показатель. Система способна преобразовывать частоту и количество фаз электрического тока.
Также рекомендуем ознакомиться с конструкцией и принципами работы трансформатора.
Оборудование включает несколько обмоток. Контуры находятся на сердечнике из специального сплава. Первичная катушка подключается к сети переменного типа. Вторичная катушка или все остальные обмотки соединены с установкой, потребляющей исходящее электричество.
Основным принципом работы прибора является закон Фарадея. При перемещении через обмотку магнитного потока определяется некоторая электродвижущая сила.
При необходимости менять параметры незначительно, разрешается применять «автотрансформатор». Этот агрегат представляет собой систему с двумя обмотками, объединенными в одну катушку. Это обеспечивает возникновение электромагнитной, электрической связи. Подробнее о автотрансформаторе мы писали здесь.
Основные отличия
Существует всего 5 основных отличий трансформатора и автотрансформатора. Их можно кратко перечислить:
- В первую очередь оба этих агрегата отличаются «тем», что у них присутствует разное количество обмоток.
- Надежность и безопасность автотрансформатора уступает обычному трансформатору.
- Автотрансформаторы стоят дешевле.
- Трансформатор имеет меньший уровень КПД.
- Габариты автотрансформатора меньше.
У трансформаторов, отличающихся количеством обмоток, есть две катушки и более. Второй тип агрегатов обладает одной совмещенной катушкой. Она имеет минимум три выхода для подключения к различным коммуникациям и получения на выходе различных показателей сети.
Автотрансформаторы применяются в сетях с напряжением от 150 кВ и более. Они компактные, удобные и стоят значительно дешевле. Их главным преимуществом является высокий уровень КПД.
Однако существенным недостатком является отсутствие между обмотками изоляционного материала. Это понижает безопасность представленных приборов при его эксплуатации и обслуживании.
Для промышленных сетей это не столь важно, но для бытового применения подобный факт является существенным недостатком.
Если применять этот прибор в бытовых сетях, при возникновении аварийной ситуации электричество может быть приложено из первичной обмотки к низшему напряжению. Это происходит из-за пробоя изоляции частей, проводящих электричество. Части агрегата будут соединены с высоковольтными частями. Поэтому для бытовых нужд применяют трансформаторы, а в промышленности – автотрансформаторы.
Рассмотрев основные отличия автотрансформаторов и трансформаторов, каждый пользователь сможет правильно применять подобное оборудование в своих целях.
Чем отличается трансформатор от автотрансформатора
Для преобразования напряжения в электротехнике используют трансформаторы или автотрансформаторы. Из-за схожести названий этих двух устройств их часто путают или приравнивают к одному и тому же.
Однако это не так, хоть и принцип действия подобен, но принципиально различается конструкция и их сфера применения.
Поэтому давайте рассмотрим отличия трансформатора от автотрансформатора, чтобы понять, в чем все же разница.
Определения
Трансформатор – это электромагнитный аппарат, передающий энергию через магнитное поле.
Он состоит из двух и более обмоток (иногда говорят катушек) на стальном, железном или ферритовом сердечнике в зависимости от числа фаз, входных и выходных напряжений.
Основной его особенностью является то, что первичная цепь и вторичная не электрически связаны между собой, то есть обмотки не имеют электрических контактов. Это называется гальванической развязкой. А такую связь катушек называют индуктивной.
Ниже вы видите условное графическое обозначение двух и трёхобмоточного трансформатора на схеме электрической принципиальной:
Они бывают повышающими, понижающими и разделительными (напряжение на входе равно напряжению на выходе). При этом если подать питание на вторичную обмотку понижающего трансформатора – на первичные обмотки вы получите повышенное напряжение, то же самое и правило работает и для повышающего.
Автотрансформатор – это один из вариантов трансформатора с одной обмоткой, намотанной на сердечнике в принципе аналогичном предыдущему случаю. В нём, в отличие от обычного транса, первичная и вторичная цепь электрически связаны между собой. А значит он не обеспечивает гальванической развязки. Условное графическое обозначение автотрансформатора вы видите ниже:
Автотрансформаторы бывают с фиксированным выходным напряжением и регулируемые. Последние многим известны под названием ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Также могут быть как понижающими, так и повышающими. В регулируемом ЛАТРе вторичная цепь подключается к скользящему по катушке контакту.
Важно! Из-за отсутствия гальванической развязки, автотрансформаторы по определению не могут быть разделительными в отличие от обычных!
Еще одним отличием является количество обмоток автотрансформатора – обычно оно равняется количеству фаз. Соответственно для питания однофазных устройств используют однообмоточные, а для трёхфазных – трёхобмоточные изделия.
Принцип действия
Кратко и простыми словами рассмотрим, как работает каждый вариант исполнения.
У трансформатора есть минимум две обмотки – первичная и вторичная (или их несколько). Если первичную подключить к сети (или другому источнику переменного тока) – тогда ток в первичной обмотке создаёт магнитный поток через сердечник, который пронизывая витки вторичных, наводит в них ЭДС.
Принцип действия основан на явлениях электромагнитной индукции, в частности закона Фарадея. При протекании тока во вторичной обмотке (в нагрузку) изменяется и ток в первичной обмотке из-за взаимоиндукции.
Разница напряжений между первичной и вторичными обмотками определяется соотношением их витков (коэффициентом трансформации).
Uп/Ud=n1/n2
n1, n2 – количество витков на первичке и вторичке.
Говоря об автотрансформаторе, у него одна обмотка, если фаз несколько – столько же и обмоток. При протекании по ней переменного тока магнитный поток, который возникает внутри неё, индуцирует ЭДС в этой же обмотке.
Её величина прямо пропорциональна числу витков. Нагрузка (вторичная цепь) подключается к отводу от витков. На повышающем автотрансформаторе питание подаётся не на концы обмотки, а на один из концов и отвод от витков в отличие от трансформатора.
Что было изображено на схеме выше.
Основные отличия
Чтобы вам было легче понять, в чем разница между обычным трансформатором и автотрансформатором, мы собрали в таблицу их основные отличия:
| Трансформатор | Автотрансформатор | |
| КПД | КПД автотрансформатора больше чем у обычного, особенно при незначительной разности входного и выходного напряжения. | |
| Количество обмоток | Минимум 2 и больше в зависимости от количества фаз | 1 и более, равно количеству фаз |
| Гальваническая развязка | Есть | Нет |
| Опасность поражения электрическим током при питания бытовых электроприборов | При выходном напряжении менее 36 Вольт – невелика | Высокая |
| Безопасность для запитанных приборов | Высокая | Низкая, при обрыве в катушке на витках после отвода к нагрузке, на неё попадет всё напряжение питания |
| Стоимость | Высокая, расход меди и стали для сердечников большой, особенно у трёхфазных трансформаторов | Низкая, из-за того что для каждой фазы лишь 1 обмотка, расход меди и стали меньшие |
Трансформаторы применяются всюду – от электростанций и подстанций, рассчитанных на десятки и сотни тысяч вольт, до питания малой бытовой техники. Хотя в последнее время используются блоки питания, но и их основой является генератор и трансформатор на ферритовом сердечнике.
Автотрансформаторы используются в бытовых стабилизаторах сетевого напряжения. Часто ЛАТРы используют в лабораториях при тестировании или ремонте электронных устройств. Тем не менее они нашли своё применение и в высоковольтных сетях, а также для электрификации железных дорог.
Например, на ЖД используются такие изделия в сетях 2х25 (два по 25 киловольт). Как на схеме выше в малонаселенных районах прокладывается линия 50 кВ, а к электропоезду по контактному проводу подаётся 25 кВ от понижающего автотрансформатора. Таким образом уменьшается число тяговых подстанций и потери в линии.
Теперь вы знаете, в чем принципиальное отличие трансформатора от автотрансформатора. Для закрепления материала рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Наверняка вы не знаете:
Автотрансформатор: устройство, принцип действия, схема, типы
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: U1/U2 = w1/w2 , где U1, U2 – напряжения, а w1, w2 – 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.
Схема соединений обмоток трансформатора
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.
Автотрансформатор ЛАТР
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 силовых трансформаторов, 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.
Тороидальный трансформатор
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.
Схема понижающего автотрансформатора
Соотношение величин ЭДС выражается формулой: E1/E2 = w1/w2 = 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: U1 = E1; U2 = E2 можно считать справедливыми. Таким образом, приведённая выше формула приобретает вид: U1/U2 = w1/w2 = 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: I1/I2 = w2/w1 = 1/k.
Отсюда следует, что поскольку в понижающем трансформаторе w2 < w1, то I2 < I1. 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 = U2*I1 ) 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
Сборка трансформаторов — Особенности конструкции и сборки автотрансформаторов
§ 66.
АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ В отличие от трансформаторов, у которых первичная и вторичная обмотка гальванически не связаны между собой и между ними имеется только электромагнитная связь, обмотки автотрансформаторов кроме электромагнитной связи соединены проводниками гальванически так, что они имеют общую обмотку.
Принципиальная схема соединения обмоток однофазного понижающего автотрансформатора, включенного на нагрузку, показана на рис. 123. Его режим работы на холостом ходу не отличается от режима работы трансформатора.
Подведенное к первичной обмотке напряжение равномерно распределяется между витками обмотки Ах, по которой проходит ток холостого хода; вторичное напряжение пропорционально числу витков обмотки ах и равно разности потенциалов между этими точками.
Ток во вторичной цепи при нагрузке состоит из двух слагаемых: тока и первичной стороны, проходящего по обмотке Аа, минуя обмотку ах, и тока 1ах, проходящего по общей части обмотки ах, равного разности токов 2-1. Мощность вторичной цепи на стороне нагрузки также состоит из двух слагаемых: электрической мощности, передаваемой непосредственно из первичной сети во вторичную через обмотку Аа, и электромагнитной мощности, передаваемой во вторичную цепь трансформаторным преобразованием; таким образом, S2=SЭ + SЭМ.
Рис. 123. Схема соединения обмоток и работа однофазного автотрансформатора
Вторичную обмотку автотрансформатора рассчитывают на разность токов, витки первичной обмотки — на разность напряжений. Этим и обуславливается экономическая целесообразность применения автотрансформаторов.
Единицей мощности силовых автотрансформаторов, как и трансформаторов, служит киловольт-ампер (кВ-А) или более крупной единицей — мегавольт-ампер (МВ-А).
В автотрансформаторе различают проходную мощность S = U1I1 и типовую (расчетную)
Применение автотрансформаторных схем определяется коэффициентом выгодности a:a=(1 — 1/k), где к— коэффициент трансформации автотрансформатора. Выражая типовую мощность через а и S, имеем Sт=аS= (1—1/k)S. Отсюда следует, что типовая мощность автотрансформатора в а раз меньше проходной и наиболее выгодные значения а принимает, когда коэффициент трансформации близок к единице. Например, для передачи мощности 120 МВ-А из сети 220 кВ в сеть 110 кВ достаточно, чтобы типовая мощность автотрансформатора была 60 МВ-А. Если для этой цели применить трансформатор, его необходимо рассчитать на мощность 120 МВ-А. Соответственно автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет меньшие массу, размеры и расход активных материалов (электротехнической стали, обмоточных проводов), потери электрической энергии в обмотках и магнитной системе, а следовательно, больший кпд. Однако применение автотрансформаторов ограничено и экономически целесообразно только при коэффициенте трансформации, равном 2—3, при большем — их мощность приближается к типовой мощности трансформаторов; индуктивное сопротивление обмоток, соединенных по автотрансформаторной схеме (особенно при большом коэффициенте трансформации), значительно меньше сопротивления обмоток трансформатора той же мощности, поэтому при коротком замыкании в сети напряжение на стороне НН возрастает до напряжения стороны ВН и через обмотки автотрансформатора будет проходить недопустимо большой ток короткого замыкания. Для защиты автотрансформатора от разрушения приходится применять специальные устройства, ограничивающие этот ток до допустимых пределов. Кроме того, связь через автотрансформатор электросетей НН и ВН вызывает опасность для обслуживающего персонала и оборудования электроустановок, так. как между проводниками сети НН и землей постоянно действует напряжение стороны ВН. При отключении сети со стороны обмоток ВН на стороне обмоток НН будет действовать высокое напряжение, соответствующее обмоткам ВН.
Автотрансформаторы так же, как и трансформаторы, могут быть одно- и трехфазными, двух- и трехобмоточными. На рис. 124 показана стандартная схема соединения обмоток ВН и НН трехфазных двухобмоточных силовых автотрансформаторов и ее условное обозначение (схемы и группы соединения обмоток), а на рис. 125 — трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов.
Рис. 125. Стандартная схема соединения обмоток трехфазyых трехобмоточных автотрансформаторов и ее условное обозначение Как видно из рис. 124 и 125, у двухобмоточных и трехобмоточных автотрансформаторов гальванически связанные обмотки ВН и СН соединены з звезду. У трехфазного трехобмоточного автотрансформатора обмотки НН соединяют в треугольник. Конструкция сборочных единиц в целом, а также технологические процессы сборки автотрансформаторов практически такие же, как и у трансформаторов. Силовые автотрансформаторы строят на большие мощности и высокие напряжения с максимально большим коэффициентом трансформации, с тем чтобы коэффициент выгодности был возможно большим, но не менее 0,5. Обозначение типа автотрансформатора отличается от обозначения трансформатора буквой А, стоящей в начале или конце. Если автотрансформатор понижающий, то буква А стоит в начале обозначения, если повышающий — в конце. Например, обозначение ОЦТА-135000/500 читается так: однофазный, охлаждение масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла и воды, трехобмоточный, автотрансформатор повышающий, мощность 135 000 кВ-А, класс напряжения 500 кВ. Обозначение АТДЦТН-125000/220 расшифровывается так: авто
трансформатор понижающий, трехфазный, масляное дутьевое охлаждение с принудительной циркуляцией масла (перекачка через охладители насосами), трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощность 125 000 кВ-А, класс напряжения 220 кВ.
Контрольные вопросы
- В чем состоит отличие конструкции н сборки сухих силовых трансформаторов от масляных?
- Какова особенность конструкции обмоток, изоляции и вводов трансформаторов класса 110 кВ от более низких классов напряжения?
- Какое преимущество имеют автотрансформаторы перед трансформаторами и в чем состоит их конструктивное отличие?
Трансформаторы и автотрансформаторы — в чем отличия?
Для питания различного электрооборудования применяют повышающие и понижающие трансформаторы. Одни приборы требуют напряжение 220 вольт, другие 380 вольт, 110, 127 и т. д. Для понижения напряжения высоковольтных ЛЭП также применяют мощные трансформаторы.
В общем виде, трансформатор представляет собой прибор статического типа, содержащий две или более обмоток, намотанные на шихтованный магнитопровод — сердечник.
В процессе работы трансформатора, обмотки пересекаются общим переменным магнитным потоком, и по закону электромагнитной индукции Фарадея, в них наводится ЭДС. Обмотка, включаемая в цепь источника называется первичной, а обмотка, включаемая в цепь потребителя — вторичной.
Вторичная обмотка может быть одна или их может быть несколько, в зависимости от назначения конкретного трансформатора.
Наряду с описанной конструкцией, встречаются и так называемые автотрансформаторы, у которых часть первичной обмотки используется в качестве вторичной (понижающий автотрансформатор), или часть вторичной в качестве первичной (повышающий автотрансформатор), то есть гальваническая развязка между первичной и вторичной обмотками отсутствует. Автотрансформаторы относятся к трансформаторам специального назначения, и применяются там, где применение обычных трансформаторов нерентабельно или неудобно.
Обмотка автотрансформатора имеет несколько (три или более) выводов, это дает возможность выбрать способ подключения, и получить требуемый коэффициент трансформации. По этой причине автотрансформаторы применяют там, где нужно менять напряжение в небольших пределах. Наиболее широко автотрансформаторы применяются в системах электроснабжения, требующих плавной регулировки напряжения сети.
При использовании автотрансформаторов в высоковольтных сетях (150кВ и более) особенно отмечается их экономичность по сравнению с обычными трансформаторами: меньшие активные потери, меньшие габариты, более высокий КПД, в силу преобразования лишь части мощности. Значительная экономия материалов, меди и трансформаторной стали, сказывается на снижении веса трансформатора и его стоимости.
Применяют автотрансформаторы и для щадящего пуска мощных электродвигателей, когда в момент старта подают напряжение ниже номинального, а затем, когда двигатель набрал приемлемые обороты — на обмотки подают полное напряжение. Это продлевает жизнь двигателю и немало способствует энергосбережению.
Особенность процесса преобразования в автотрансформаторе также заслуживает внимания. Первичный и вторичный токи, как известно, имеют противоположное направление, и проходя по общей части обмотки они суммируются, создавая меньший результирующий ток.
Таким образом, общий участок обмотки может быть выполнен проводом меньшего сечения, это и приводит к экономии меди, особенно при малом коэффициенте трансформации (близком к единице).
В остальном, расчеты относительно коэффициента трансформации аналогичны обычному трансформатору, где за основу берется соотношение числа витков.
Единственный недостаток автотрансформатора — отсутствие изоляции между обмотками, поэтому его в обычном виде не применяют в быту. Для промышленных же сетей, это вовсе не недостаток, поскольку там нулевой провод всегда заземляется.
Особенной разновидностью автотрансформатора представляется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), обладающий возможностью плавной и точной регулировки выходного напряжения.
Это становится возможным, благодаря применению в качестве сердечника тороидального магнитопровода, на который навита обмотка с неизолированной дорожкой, по которой при настройке скользит угольная щетка, таким образом регулируется количество витков, составляющих вторичную обмотку.
В однофазных ЛАТРах напряжение изменяется от 0 до 250 вольт, в трехфазных — от 0 до 450 вольт. ЛАТРы применяются в лабораториях при осуществлении наладочных работ.
Чем отличается автотрансформатор от трансформатора
Автотрансформатор, являющийся разновидностью трансформатора, относят к преобразователям энергии электромагнитного типа. И те и другие преобразуют напряжение – понижают или повышают его значение. Различаются устройства областью применения, конструкцией и способом передачи энергии.
Трансформаторы применяют в электрических сетях и источниках электрического питания. В первом случае их называют силовыми, они используются для транспортировки электроэнергии в электрической сети. С их помощью повышают напряжение генераторов на электростанциях, а затем понижают его в линии электропередачи до необходимого уровня.
Для преобразования напряжения применяют группу, состоящую из трёх однофазных трансформаторов, соединенных в схему треугольник или звезда, а также трехфазное устройство, у которого сердечник один для всех трех фаз.
Автотрансформаторы используются для питания и настройки электрооборудования бытового и промышленного назначения, снижения тока запуска двигателей, в качестве связующих устройств сетей высокого напряжения и т.д. Применяются они и в стабилизаторах сетевого напряжения.
Трансформатор состоит из двух и более обмоток, расположенных на сердечнике железном, стальном или ферритовом.
Обмотки не имеют между собой электрического контакта. Они связаны между собой индуктивно, т.е. передача энергии осуществляется магнитным потоком.
Она сосредоточена в магнитопроводе.
Автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет первичную и вторичную цепь, электрически связанные между собой, т .е. одну обмотку. Передача энергии у такого устройства осуществляется магнитным потоком и за счет электрической связи.
В этом как раз и кроется различие между преобразователями энергии
- Наша электролаборатория проведет обследование любых трансформаторов и прочего электрооборудования, проводов, кабельных линий.
- На принципиальных схемах условное обозначение устройств показано на рисунке.
- Кроме различия в количестве обмоток и принципе действия, автотрансформаторы от трансформаторных устройств различаются по таким признакам:
- коэффициентом полезного действия. У трансформаторов он ниже;
- отсутствие гальванической развязки. У трансформаторов она есть, у автотрансформаторов отсутствует;
- опасность пользования. У автотрансформаторов она высокая, при обрыве на катушку падает напряжение питания;
- стоимости. Автотрансформаторы стоят намного меньше из-за расхода металла, который идет на изготовление сердечника и обмоток.
18.06.2019
В чем отличие автотрансформатора от обычного трансформатора?
Для получения напряжений, используемых с целью питания различных устройств, в электротехнике применяются трансформаторы и автотрансформаторы.
Из-за одинаковости названий неопытному пользователю сложно оценить разницу между ними, тем более что принцип работы этих электротехнических приборов очень схож.
Однако по своему функциональному назначению и внутреннему устройству они существенно отличаются одно от другого.
Что такое трансформатор?
Трансформатор – это несложное техническое устройство, имеющее в своем составе две или более катушки, размещенные на одном общем сердечнике или магнитопроводе (фото ниже).
За счет такого расположения обмоток они индуктивно взаимосвязаны, так как находятся в общем электромагнитном поле. Согласно закону Фарадея при активации одной из катушек (при появлении ЭДС в ее витках за счет протекания переменного тока) в другой наводится вторичное напряжение. Оно совпадает по фазе и частоте с исходным сигналом, но имеет отличную от него амплитуду.
Обратите внимание: Величина наведенного напряжения зависит от соотношения числа витков провода в первичной и вторичной катушках.
Особенность конструкции такого устройства состоит в том, что обе обмотки трансформатора не имеют электрической связи (гальванически развязаны).
Принцип действия
Предположим, что на первичную обмотку трансформаторного устройства подается сетевое напряжение U1 амплитудой 220 Вольт (или любой другой величины). При этом протекающий по ней переменный ток породит магнитный поток, который пронизывает сердечник и согласно закону Фарадея наведет во вторичной обмотке определенную ЭДС U2 (фото ниже).
Дополнительная информация: Принцип взаимодействия катушек трансформатора основан на известном явлении электромагнитной индукции.
При этом величина выходного напряжения зависит от его конструктивных особенностей (соотношения витков первичной N1 и вторичной N2 обмоток или коэффициента трансформации).
Автотрансформатор
У автотрансформатора по факту всего одна обмотка, имеющая несколько электрических отводов. То есть в этом приборе первичные и вторичные катушки электрически связаны между собой (развязки по питанию нет) В этом и проявляется его основное отличие от обычного трансформатора (разница – на фото ниже).
Обмотка прибора имеет не менее трех выводов, за счет подключения к которым удается получить напряжение нужной амплитуды.
Важно!Поскольку у автотрансформатора гальваническая развязка отсутствует – сетевое напряжение 220 Вольт может оказаться приложенным к выходной части схемы.
Это чревато сгоранием подключенных к выходу приборов, а также представляет угрозу для работающего с нагрузками пользователя. Автотрансформаторные устройства выпускаются в двух исполнениях: они бывают с фиксированным или регулируемым выходом. К последнему типу относятся такие известные изделия, как лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы).
Автотрансформаторы (ЛАТР). Типы и работа. Применение
Для плавной регулировки напряжения переменного тока в различных работах, связанных с электротехникой, служат автотрансформаторы (ЛАТР). Их чаще всего используют для изменения напряжения в бытовых приборах, строительстве.
Автотрансформатор – это один из видов трансформаторов. Две обмотки в этом приборе имеют между собой прямое соединение.
Вследствие этого между ними появляются два вида связи, одна из которых электромагнитная, а другая электрическая. Катушка имеет несколько выводов с разными значениями выхода напряжения.
Отличие от обычного трансформатора состоит в повышенной эффективности, вследствие частичного изменения мощности.
Конструктивные особенности
Трансформаторами называют электроаппаратуру с наличием более 2-х и более обмоток, которые имеют индуктивную связь, служащую для изменения электроэнергии по напряжению.
Обмотка может быть одна только у автотрансформатора, либо несколько обмоток, охваченных магнитным потоком, намотанных на сердечник с ферромагнитными свойствами, у других трансформаторов.
Сегодня приобрели популярность 1-фазные трансформаторы (ЛАТР). Это лабораторный вариант трансформатора, в котором обе обмотки между собой не изолированы, а имеют прямое соединение, поэтому кроме электромагнитной связи у них имеется электрическая связь. Такая общая катушка оснащена несколькими выводами. На их выходе можно получить разное по величине напряжение.
Принцип работы
Благодаря особенности конструкции автотрансформаторы могут выдавать как пониженное напряжение, так и повышенное. На рисунке показаны схемы автотрансформаторов с понижением и повышением напряжения.
Если подключить источник переменного тока к Х и «а», то создается магнитный поток. В этот момент в витках катушки индуцируется разность потенциалов одинакового значения. В итоге, между Х и «а» появляется ЭДС, равная значению ЭДС 1-го витка, умноженного на число витков обмотки, находящихся в промежутке между этими точками.
При подключении нагрузки потребителя к катушке к клеммам Х и «а», ток вторичной катушки пойдет по участку обмотки между этими точками. Имея ввиду то, что первичный и вторичный токи между собой накладываются друг на друга, между Х и «а» будет проходить незначительный ток.
Из-за такой особенности работы автотрансформатора основную часть обмотки выполняют из провода малого поперечного сечения, что уменьшает его стоимость. Если необходимо изменить напряжение в небольших пределах, то целесообразно применять такие автотрансформаторы (ЛАТР).
Типы автотрансформаторов
Нашли применение несколько типов автотрансформаторов:
- ВУ–25 — Б, служит для сглаживания вторичных токов в защитных схемах трансформаторов.
- АТД — мощность 25 ватт, долгонасыщаемый, имеет старую конструкцию и мало используется.
- ЛАТР — 1, служит для применения с напряжением 127 вольт.
- ЛАТР — 2, применяется с напряжением 220 вольт.
- ДАТР — 1, служит для слабых потребителей.
- РНО – для мощной нагруженности.
- АТЦН применяется в измерительных телеустройствах.
Автотрансформаторы также подразделяют по мощности:
- Малой мощности, до 1000 вольт;
- Средней мощности, свыше 1000 вольт;
- Силовые.
Лабораторные автотрансформаторы
Такой вариант исполнения используют в сетях низкого напряжения для регулировки напряжения в условиях лабораторий. Такие однофазные ЛАТР выполнены из ферромагнитного сердечника в виде кольца, на которое намотан один слой медного провода в изоляции.
В нескольких местах обмотки сделаны выводы в виде ответвлений.
Это дает возможность применять такие устройства в качестве автотрансформаторов с возможностью повышения, либо понижения напряжения с неизменным коэффициентом трансформации.
Сверху на обмотке выполнена узкая дорожка, на которой очищена изоляция. По ней двигается роликовый или щеточный контакт, позволяющий плавно изменять вторичное напряжение.
Витковых коротких замыканий в таких лабораторных автотрансформаторах не случается, так как ток нагрузки и сети в обмотке направлены навстречу друг другу и близки по значению. Мощности ЛАТР выполняют от 0,5 до 7,5 кВА.
Трехфазные трансформаторы
Кроме других вариантов исполнений существуют еще и трехфазные варианты автотрансформаторов. У них бывает, как три, так и две обмотки.
Фазы в них чаще всего соединяют в виде звезды с отдельной точкой нейтрали. Соединение звездой дает возможность понизить напряжение, рассчитанное для изоляции прибора.
Для уменьшения напряжения питание подводят к клеммам А, В, С, а выход получают на клеммах а, b, с. Для повышения напряжения все делается наоборот.
Такие трансформаторы используют для уменьшения уровня напряжения при запуске мощных электромоторов, а также для регулировки напряжения по ступеням в электрических печах.
Высоковольтные автотрансформаторы применяют в высоковольтных системах сетей. Использование автотрансформаторов оптимизирует эффективность энергетических систем, дает возможность уменьшить стоимость транспортировки энергии, однако при этом способствует повышению токов коротких замыканий.
Режимы работы
- Автотрансформаторный.
- Комбинированный.
- Трансформаторный.
При соблюдении требований эксплуатации автотрансформаторов, в том числе соблюдения контроля температуры масла, он может функционировать длительное время без перегрева и поломок.
Достоинства и недостатки
Можно выделить такие преимущества:
- Преимуществом можно назвать высокий КПД, потому что преобразуется лишь малая часть мощности трансформатора, а это имеет значение, когда напряжения выхода и входа отличаются на малую величину.
- Уменьшенный расход меди в катушках, а также стали сердечника.
- Уменьшенные размеры и вес автотрансформатора позволяют создать хорошие условия перевозки к месту монтажа. Если необходима большая мощность трансформатора, то его можно изготовить в пределах допустимых ограничений габаритов и массы для перевозки на транспорте.
- Низкая стоимость.
- Плавность съема напряжения с подвижного токосъемного контакта, подключенного к обмотке.
Недостатки автотрансформаторов:
- Чаще всего катушки подключают звездой с нейтралью, которая заземлена. Соединения по другим схемам также возможны, но при их выполнении возникают неудобства, вследствие чего используются редко. Производить заземление нейтрали необходимо через сопротивление, либо глухим методом. Но нельзя забывать, что сопротивление заземления не должно допускать превышения разности потенциалов на фазах в тот момент, когда какая-либо одна фаза замкнула накоротко на землю.
- Повышенный потенциал перенапряжений во время грозы на входе автотрансформатора делает необходимым монтаж разрядников, которые не отключаются при выключении линии.
- Электрические цепи не изолированы друг от друга (первичная и вторичная).
- Зависимость низкого напряжения от высокого, вследствие чего сбои и скачки высокого напряжения оказывают влияние на стабильность низкого напряжения.
- Низкий поток рассеивания между первичной и вторичной обмоткой.
- Изоляцию обеих обмоток приходится выполнять для высокого напряжения, так как присутствует электрическая связь обмоток.
- Нельзя применять автотрансформаторы на 6-10 киловольт в качестве силовых с уменьшением напряжения до 380 вольт, потому что к такому оборудованию имеют доступ люди, а вследствие аварии напряжение с первичной обмотки может попасть на вторичную.
Применение
Автотрансформаторы имеют широкую область использования в разных сферах деятельности человека:
- В устройствах малой мощности для настройки, питания и проверки промышленного и бытового электрооборудования, приборов автоматического управления, в лабораторных условиях на стендах (ЛАТРы), в устройствах и приборах связи и т.д.
- Силовые варианты исполнений 3-фазных автотрансформаторов применяют для снижения тока запуска электродвигателей.
- В энергетике мощные образцы автотрансформаторов применяют для осуществления связи сетей высокого напряжения с близкими по напряжению сетями. Коэффициент трансформации в таких устройствах обычно не превосходит 2 – 2,5. Чтобы изменять напряжение в еще больших размерах, требуются другие устройства, а применение автотрансформаторов становится нецелесообразным.
- Металлургия.
- Коммунальное хозяйство.
- Производство техники.
- Нефтяное и химическое производство.
- Учебные заведения применяют ЛАТРы для показа опытов на уроках физики и химии.
- Стабилизаторы напряжения.
- Вспомогательное оборудование к станкам и самописцам.
Как выбрать автотрансформатор
Для начала определите, где будет использоваться автотрансформатор. Если для испытаний силового оборудования на предприятии, то необходима одна модель, а для питания автомагнитолы во время ремонта, то совсем иная.
При выборе лучше следовать некоторым советам:
- Мощность. Необходимо рассчитать нагрузку всех потребителей. Их общая мощность не должна быть больше мощности автотрансформатора.
- Интервал регулировки. Этот параметр зависит от действия прибора, то есть, на повышение или на понижение. Чаще всего приборы относятся к виду с понижением напряжения.
- Напряжение питания. Если вы хотите подключить автотрансформатор к домашней сети, то лучше приобрести прибор на 220 вольт, а если для 3-фазной сети, то на 380 вольт.
С таким прибором вы можете изменить значения напряжения сети и выставить те значения, которые нужны для конкретного вида нагрузки.