Триколор 

Автотрансформатор особенности конструкции назначение. Автотрансформаторы (латр). типы и работа. применение. Устройство и технические характеристики

Трансформаторы - устройства, используемые для преобразования одного из параметров электроэнергии - напряжения или силы тока.

Они относятся к пассивным электрическим устройствам, то есть не генерируют, а потребляют энергию, поэтому мощность тока в трансформаторах не может увеличиваться.

Таким образом, все трансформаторы в зависимости от преобразуемого параметра электрической энергии делятся на 2 вида :

  • трансформаторы электрического тока;
  • трансформаторы электрического напряжения.

Работа любого электрического трансформатора основана на принципе электромагнитной взаимоиндукции - способности проводника с током наводить эдс в соседнем проводнике. Проводниками в трансформаторе являются первичная (входная) и вторичная (выходная) обмотки, намотанные на магнитопровод для усиления магнитной связи между ними. Магнитопровод представляет собой замкнутый или разомкнутый сердечник из железа или композитного сплава с высокой магнитной проницаемостью.

Основными показателями трансформатора являются коэффициенты трансформации по напряжению и току:

КU=U2/U1 и KI=I2/I1

где U1,2 - напряжения в первичной и вторичной обмотке, I1,2 - силы тока в первичной и вторичной обмотке. Они показывают, во сколько раз изменяется входной ток или напряжение на выходе трансформатора. В зависимости от величины коэффициента трансформации различают повышающие (К˃1) и понижающие (К<1) трансформаторы. Если магнитная связь между обмотками не изменяется, то коэффициент трансформации будет равен соотношению количества витков во вторичной и первичной обмотке

K=w2/w1.

Особенности трансформаторов тока (ТТ)

Трансформаторы тока предназначены для преобразования силы тока без изменения его мощности. В основном они применяются для понижения тока до значений, пригодных для их измерения и используются в распределительных щитах для подключения измерительных приборов, счётчиков энергии, защитных реле. По назначению они делятся на:

  • измерительные;
  • защитные;
  • лабораторные.

В измерительных ТТ первичная обмотка может отсутствовать или представлять собой толстую шину. На шину наматывается несколько витков вторичной обмотки, в которой наводится эдс, пропорциональная силе тока в шине. Шина включается в разрыв цепи, в которой производится измерение. К вторичной обмотке ТТ подключается нагрузка и измерительный прибор.
Важно! Так как КU для ТТ имеет большие значения, то включать их в режиме холостого хода (без нагрузки) запрещается, что может повлечь высоковольтный пробой изоляции проводов и выход из строя трансформатора.

Особенности трансформаторов напряжения (ТН)

ТН предназначены для получения нужной величины напряжения от промышленной сети или другого источника переменного тока. По своему назначению они делятся на:

  • силовые;
  • измерительные;
  • согласующие;
  • лабораторные;
  • высоковольтные трансформаторы.

В быту наиболее широкое применение нашли силовые трансформаторы, используемые повсеместно для подключения бытовых приборов к электросети 220В 50Гц. Конструктивно они представляют собой классический пример устройства трансформатора, состоящего из двух, а также нескольких катушек, намотанных на железный сердечник. По форме сердечника различают:

  • стержневые;
  • кольцевые;
  • тороидальные;
  • Ш-образные трансформаторы.

В отличие от трансформаторов тока благоприятным режимом работы для ТН является режим, близкий к холостому ходу, когда нагрузка на вторичную обмотку минимальна. Оптимальный режим работы достигается, когда сопротивление нагрузки равно или до полутора раз больше сопротивления выходной обмотки трансформатора.

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.

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.

Трансформаторы являются довольно разнообразной группой оборудования, имеющей существенные внутренние различия по назначению и конструктивным особенностям. Кроме того, работа различного оборудования требует различного напряжения. Существуют средние значения. Которые учитываются при составлении технического допуска на подключение. Например, домашние бытовые приборы рассчитаны на 220, а то и на 110 В. А вот оборудование промышленного типа использует 380 В. Для них предусмотрены свои варианты, более легкие и недорогие. Но прежде чем решиться на использование, следует знать в чем разница между трансформатором и автотрансформатором.

Для чего снижают напряжение?

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует высоких показателей напряжения, в противном случае потери при транспортировке энергии сделают процесс нерентабельным. Но, чтобы использовать электроэнергию в промышленных и, тем более, бытовых целях, требуется ее снижение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильных аналогов — автотрансформаторов.

Несмотря на то, что все приборы такого типа призваны преобразовать исходное напряжение до желаемого, трансформаторы можно разделить на два типа. Первые — повышающие — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для продолжения транспортировки или для использования в промышленных целях. Вторые — понижающие — напротив, снижают напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Что представляют собой оба устройства?

Любой трансформатор — это прибор статического типа, который преобразует переменный ток, частоту, а также число фаз. Это устройство включает в себя две или больше обмоток, которые наматываются на один для всех сердечник из стали. Одна из обмоток обязательно должна быть подключена к источнику переменного тока. Остальные могут быть соединены с конечными потребителями. В результате между ними наблюдается как электромагнитная, так и электрическая связи. Дополнительно обмотка автотрансформатора оснащена тремя и более выводами, то есть имеется возможность подключаться к разным выводам и, соответственно, получать разные значения напряжения.

В основе принципа работы лежит небезызвестная электромагнитная индукция. Проще говоря, меняющийся при прохождении через обмотку магнитный поток образует в ней электродвижущую силу.

Такой тип трансформаторов прекрасно подходит для смены напряжения в сравнительно малом диапазоне.

В чем отличия трансформатора от автоварианта?

Разница между трансформатором и автотрансформатором — это число обмоток. Больше - у трансформаторов, автотрансформаторы имеют всего один экземпляр.

Очевидные плюсы автовариантов обнаруживаются при применении в сетях с уровнем напряжения от 150 кВ и более. Эти приборы дешевле, да и потери в обмотках у них на порядок меньше. Размером автотрансформаторы тоже уступают своим статичным аналогам.

Помимо этого, у автотрансформаторов гораздо выше коэффициент полезного действия. Такое возможно благодаря частичному преобразованию мощности. Стоимостные преимущества же обосновываются меньшим расходом материалов, а соответственно, меньшей массой и большей компактностью.

Найти информацию о том, чем отличаются трансформаторы тока от трансформаторов напряжения непросто из-за недостатка информации по этой теме. В рамках этой статьи вы узнаете все необходимой по данной теме и сможете разобраться. В чем отличие в роли и специфике применения каждого типа трансформаторов.

Что такое трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения в свое время были разработаны для перехода с высокого напряжения на более низкое, а также наоборот. Сегодня они чаще всего используются для того, чтобы привести какую-то отдельную электрическую сеть к определенному стандарту. Трансформаторы напряжения могут предотвратить массу происшествий, которые могут быть вызваны чрезвычайно высоким или низким напряжением, увеличивают степень безопасности всей сети. Они также предотвращают порчу приборов, которая зачастую может быть вызвана свойствами электрической сети.

Трансформатор напряжения, пусть и небольшой, присутствует почти в каждом приборе, работающем от электричества, будь то компьютер или насос. Они защищают технику от перепадов напряжения и тем самым продлевают срок службы.

Что такое трансформаторы тока

Трансформаторы тока сконструированы, прежде всего, как измерительное устройство, но они также выполняют защитные функции. Трансформаторы тока постоянно встраиваются в такие приборы, как измерительные реле, счетчики энергии и т.д. Существует несколько типов трансформаторов тока, каждый из которых подробно описан ниже:

Они занимаются преобразованием переменного тока таким путем, чтобы затем можно было измерить его значения. Измерительные трансформаторы применяют, когда к сети нужно подключить амперметр, вольтметр и другие устройства. Измерительные трансформаторы тока дают не только предельно точные измерения мощности напряжение, но предоставляют некую минимально необходимую для безопасности изоляцию.

Важнейшая функция этих устройств понятная из самого их названия. Эти приборы необходимы для того, чтобы каждый подключенный к сети прибор не получил чрезвычайно мощный заряд тока, способный испортить его. Гаджет строго контролирует состояние сети и при этом поддерживает в ней очень высокое напряжение. Защитный трансформатор тока также предоставляет «свободное окно» на случай сбоев в работе устройств и/или сети. Этим окном смогут воспользоваться специалисты, который займутся починкой системы.

Лабораторные . Эти устройства встречаются нечасто и в основном используются в различных исследованиях и экспериментах, отсюда и название. В повседневной практике вы их вряд ли встретите, поэтому стоит ограничиться двумя предыдущими типами.

Ключевые отличия между трансформаторами

Главное отличие между трансформатором напряжения и трансформатором тока кроется в том, какую роль играют эти устройства в рамках электрической сети и для каких целей их туда устанавливают.

Устройство для тока сосредоточено на защите и гарантировании точности. Эти две вещи критически необходимы в проведении измерений и при обслуживании сетей. По этой причине отказаться от использования трансформатора тока просто невозможно, и он обязательно должен присутствовать.

Вместе с тем трансформатор напряжения никак не связан с измерениями, проверками, а также тонкостями технического обслуживания приборов. Он относится напрямую к их эксплуатации. Сегодня привести электросеть в рабочее состояние без него просто нереально. Смена силы напряжения с повышенной на пониженную критически необходима. Именно трансформатор напряжения позволяет использовать повсеместно одну универсальную электрическую сеть вне зависимости от того, какую технику вы собираетесь подключать. Это могут быть промышленное оборудование. Бытовые устройства и прочие приборы – сеть сможет питать всю технику без нанесения повреждений.

При этом необходимо обратить внимание на угрозу, которая способна исходить от каждого из трансформаторов. Вернее, угроза кроется в отсутствии или неисправности трансформаторов. Без трансформатора напряжения ваша сеть перестанет регулироваться и многие подключенные к ней устройства могут просто «сгореть» из-за слишком высокого уровня напряжения, либо просто отключаться по причине слишком низкой мощности сети.

Вывод

Теперь вы понимаете, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжений. Реальный отличия между данными устройствами очень существенны. Они ни в коем случае не заменяют друг друга и их никогда нельзя путать. Недостаток любого из приборов в электросети или его сбой могут обернуться очень серьезными негативными последствиями, поэтому часто практикуют установку дополнительный, резервных приборов.

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 .

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.