Назначение и устройство автотрансформаторов. Чем отличается автотрансформатор от трансформатора, устройство, назначение, принцип действия Назначение системы охлаждения

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.

Существуют ситуации, при которых необходимо изменять напряжение в относительно небольших пределах. Легче всего осуществить это при помощи однообмоточных трансформаторов, которые также еще называют автотрансформаторами. В том случае, если коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы, то разница между токами в первичной и вторичной обмотках будет небольшой. Если объединить обе эти обмотки получится схема самого обычного автотрансформатора. Эти трансформаторы относят к группе устройств специального назначения.

Главное отличие автотрансформаторов от обычных трансформаторов представляет собой тот факт, что у них обмотка самого низкого напряжения является неотъемлемой частью обмотки самого высокого напряжения. Иными словами, цепи у этих обмоток имеют, помимо магнитной, еще и гальваническую связь. Для того чтобы получить повышение или понижения напряжения необходимо соответствующим образом включить обмотки автотрансформатора. Целесообразней всего использовать их в тех случаях, когда требуется незначительное изменение напряжения. Тогда часть обмотки, соединяющая обе цепи, может быть выполнена из тонкого провода, что позволяет сэкономить металл и, разумеется, средства.

Принцип действия автотрансформаторов

Также при помощи автотрансформатора можно значительно сэкономить на стали, которая используется для изготовления магнит провода. Если учесть тот факт, что этот участок является довольно протяженным, то экономия получается существенной. В других электромагнитных преобразователях передача энергии происходит через магнитное поле между двумя обмотками. В автотрансформаторах она осуществляется как через магнитное поле, так и через непосредственную электрическую связь.

Подобное устройства уже успели показать себя исключительно с хорошей стороны. Автотрансформаторы отлично конкурируют с традиционными двухобмоточными трансформаторами. Но только тогда, когда их коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы. По большому счету, автотрансформаторы в плане конструкции мало чем отличаются от трансформаторов. В них так же имеются стержни магнитопровода, на которых устанавливаются две обмотки, от которых берутся выводы. Большинство деталей, используемых в автотрансформаторах, применяются и в двухобмоточных трансформаторах.

АВТОТРАНСФОРМАТОР

АВТОТРАНСФОРМАТОР

особый вид трансформатора, преобразующего данное (первичное) переменного тока в желаемое (вторичное) при помощи только одной обмотки, играющей роль и первичной и вторичной обмоток. А. применяется вместо обычных трансформаторов в тех случаях, когда разница между первичным и вторичным напряжением сравнительно невелика.

Для получения пониженного напряжения первичное напряжение подводится к концам обмотки; тогда пониженное напряжение получается от нек-рой части обмотки, причем вся обмотка находится под полным напряжением сети, а каждый виток ее-под напряжением во столько раз меньшим, сколько витков во всей обмотке. Так. обр., взяв ответвление от части витков обмотки, получают во вторичной цепи напряжение, равное примерно сумме напряжений взятого числа витков. Для получения повышенного напряжения первичное напряжение подводится к части витков обмотки, и тогда на концах ее получается повышенное напряжение. Обычно обмотка имеет ряд ответвлений для получения напряжений различной величины.

Технический железнодорожный словарь. - М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство . Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 .

Смотреть что такое "АВТОТРАНСФОРМАТОР" в других словарях:

Автотрансформатор … Орфографический словарь-справочник

автотрансформатор - Трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть [ГОСТ 16110 82] [ОАО РАО "ЕЭС России" СТО 17330282.27.010.001 2008] автотрансформатор Трансформатор, в котором две или большее число… … Справочник технического переводчика

Дивизор Словарь русских синонимов. автотрансформатор сущ., кол во синонимов: 2 дивизор (2) … Словарь синонимов

Электрический трансформатор с одной обмоткой, имеющей несколько выводов для подключения к источнику переменного тока и к нагрузке. Мощные автотрансформаторы применяются для связи электрических сетей, имеющих близкие значения напряжений,… … Большой Энциклопедический словарь

- (Auto transformer) трансформатор с одной обмоткой, в цепь высокого напряжения которого включается вся обмотка, а в цепь низкого лишь часть этой обмотки. А. применяется для понижения напряжения, напр. при пуске в ход двигателей переменного тока. В … Морской словарь - 3.2 автотрансформатор: Трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что они имеют общую часть.

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

Главное отличие автотрансформатора от обычного трансформатора состоит в том, что две его обмотки обязательно имеют между собой электрическую связь, они наматываются на одном стержне, мощность передается между обмотками комбинированным способом - путем электромагнитной индукции и электрического соединения. Это снижает габариты и стоимость машины (причины и расчет этого факта приведены ниже). Автотрансформатор может быть сделан двухобмоточным и многообмоточным, в каждой из этих модификаций автотрансформаторов обязательно присутствуют обмотки ВН (высшего напряжения - вход ) и СН (среднего напряжения - выход ), электрически соединенные между собой. В многообмоточных моделях имеется еще одна или несколько обмоток НН (низкого напряжения ), которая имеет с первыми двумя только индуктивную электромагнитную связь. В трехфазном автотрансформаторе обмотки ВН и СН соединяются в звезду с глухозаземленной нейтралью U 0 (точка 0 на рис. 1), а обмотки НН обязательно соединены в треугольник Ñ. По рисунку 1 видно, что обмотка ВН включает в себя общую обмотку ОА m , которая, собственно, и составляет обмотку СН, и последовательной обмотки А m А.

Распределение токов, в работающем автотрансформаторе в режиме номинальной нагрузки, между обмотками неодинаково. В последовательной обмотке А m Апроходит ток нагрузки ВН - I А. По закону электромагнитной индукции в сердечнике автотрансформатора создается магнитный поток, который индуктирует в обмотке СН ток I Am . Таким образом, ток общей обмотки СН образован суммой токов последовательной обмотки I А с электрической связью (ВН и СН), и тока I Am , по магнитной связи этих же обмоток - I СН =I А +I Am .

Рис. 1. Обмотки автотрансформатора: 1- трехфазного; 2- однофазного

Значение мощности на выходе автотрансформатора равно мощности на его входе. При отсутствии обмотки НН, мощность ВН равна мощности СН, это и есть номинальная мощность S ном автотрансформатора по электрической связи. Она равна произведению номинального напряжения обмотки ВН U ВН, на номинальный ток I ВН последовательной обмотки.

Рассчитывают еще и типовую мощность автотрансформатора называют, которая составляет часть номинальной мощности, передаваемой электромагнитным путем.

S т =S ном* а в , где а в =1-U СН /U ВН - коэффициент выгодности автотрансформатора. Он определяет долю типовой мощности в составе номинальной, чем она меньше, тем меньше габариты и сечения сердечника (магнитопровода) и обмоток автотрансформатора, которые рассчитываются исходя не из полной номинальной, а только из её части - типовой мощности. Поэтому изготовление автотрансформаторов значительно дешевле, чем обычных трансформаторов такой же мощности.

Мощность на общей обмотке является одним из главных параметров, которые нужно контролировать при работе автотрансформатора, превышение её в длительном режиме недопустимо. На рисунке 1 показаны варианты подключения амперметра для измерения нагрузки на общей обмотке при и варианте автотрансформатора.

Чем меньше коэффициент трансформации (чем ближе значения U СН и U ВН), тем выгоднее использование автотрансформаторов и дешевле их изготовление.

Еще одним большим достоинством автотрансформаторов можно назвать возможность регулированиянапряжения под нагрузкой без прерывания питания потребителей. Для большинства автотрансформаторов используется способ переключения ответвлений регулировочной обмотки. Эти регулировочные ответвления берутся от менее нагруженной обмотки ВН, особые устройства - переключатели ответвлений изменяют число включенных в работу витков, тем самым увеличивая или уменьшая коэффициент трансформации и напряжение выхода. Такое регулирование возможно в ручном и автоматическом режимах (при помощи следящих систем с обратной связью, это делает автотрансформатор стабилизатором напряжения). Требования к качеству выходного напряжения для питания потребителей обуславливают применение и важность таких устрйств.

На рисунке 2 показаны схемы регулирования напряжения выхода А mна автотрансформаторе на стороне ВН (1) и на стороне СН (2). Таковы устройство и принципы работы автотрансформаторов.