0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое автотрансформатор

Что такое автотрансформатор?

Трансформатор, в общем смысле, предназначается для преобразования входного тока одного напряжения в выходной ток другого напряжения. В случаях, когда возникает необходимость изменить напряжение в небольших пределах, проще и целесообразнее использовать для этих целей однообмоточный трансформатор – так называемый автотрансформатор, вместо двухобмоточного.

Итак, автотрансформатор – это один из вариантов электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, благодаря чему, имеют и электромагнитную и гальваническую связь.

TDGC2-2K (8А) автотрансформаторTDGC2-10K-40А автотрансформаторTDGC2-3K автотрансформатор
TDGC2, TSGC2 автотрансформаторы лабораторные

Объединенная обмотка автотрансформатора имеет минимум 3 вывода. Подключаясь к этим выводам, можно получать разные напряжения. При малых коэффициентах трансформации от 1 до 2, автотрансформаторы эффективнее, легче и дешевле, чем многообмоточные трансформаторы.

Главное преимущество автотрансформатора – это высокий коэффициент полезного действия (КПД), который достигает 99%. Это связано с тем, что преобразованию подвергается лишь часть мощности. В условиях, когда входное и выходное напряжение отличаются незначительно – это является существенным плюсом, поскольку потери на преобразовании минимальны.

Главный недостаток автотрансформаторов заключается в том, что здесь нет гальванического обособления первичной и вторичной электрических цепей при помощи изоляции, как в обычном трансформаторе. То есть невозможно создание так называемой «гальванической развязки», поэтому при высоких коэффициентах преобразования велика вероятность возникновения короткого замыкания, или возникновения пробоя автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов экономически оправдано при соединении эффективно заземленных сетей с напряжением более 110 кВ, а также коэффициентом трансформации менее 3-4, поскольку потери электроэнергии меньше чем у обычного электрического трансформатора. Ещё одним экономическим обоснованием для применения автотрансформатора является тот факт, что для его производства используется меньшее количество меди для обмоток и электротехнической стали для сердечника, поэтому вес и габариты автотрансформатора меньше, а его стоимость ниже.

Автотрансформаторы применяются в качестве преобразователей электрического напряжения в пусковых устройствах различных электродвигателей переменного тока, включая самые мощные, для плавной регулировки напряжения в схемах релейной защиты и др. Регулирующие автотрансформаторы, благодаря возможности механического перемещения точки отвода вторичного напряжения, позволяют сохранить вторичное напряжение постоянным при изменении первичного напряжения. При этом, один и тот же автотрансформатор может быть как повышающим, так и понижающим – все зависит от включения обмоток.

Лабораторные автотрансформаторы регулируемые (ЛАТРы)

В низковольтных сетях также используются автотрансформаторы, как лабораторные регуляторы напряжения небольшой мощности. В таких автотрансформаторах напряжение регулируется путем перемещения скользящего контакта по виткам обмотки.

ЛАТРы изготавливаются путем однослойной обмотки изолированным медным проводом кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода. Такая обмотка имеет несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать ЛАТРы как понижающие или повышающие трансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Дополнительно, на поверхности медной обмотки, очищенной от изоляции, насечена узкая дорожка, по которой может перемещаться роликовый или щеточный контакт. Это сделано для того, чтобы получить плавность регулирования вторичного напряжения в пределах от 0 до 250В. Стоит отметить, что витковых замыканий, при замыкании соседних витков в лабораторном трансформаторе, не происходит, поскольку токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки относительно друг друга и направлены встречно. ЛАТРы изготавливаются номинальной мощностью от 0,5 до 7,5 кВА.

Применение автотрансформаторов помогает улучшить КПД различных энергосистем и обеспечить снижение стоимости передачи энергии, однако, приводит к повышению опасности возникновения короткого замыкания.

Преимущества автотрансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами:

  • пониженный расход активных материалов, таких как медь и электротехническая сталь,
  • повышенный КПД энергосистемы (до 99,7%)
  • сниженные размер и вес
  • невысокая стоимость
Читайте так же:
Часы casio как отрегулировать браслет

Недостатки применения автотрансформаторов относительно обычных электрических трансформаторов:

  • Снижение эффективности при больших (больше 3-4) коэффициентах трансформации;
  • Из-за того, что первичная и вторичная обмотка соединены в одну обмотку автотрансформатора, и имеют электрическую связь, он не может быть использован как понижающий силовой трансформатор для сетей, напряжением, скажем, от 6 до 10 кВ. Это связано с тем, что, в случае возникновения аварии, все части автотрансформатора, и подключенных электроприборов окажутся связаны с высоковольтным оборудованием питающей сети. Это не допускается техникой безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования, с которым работают люди.

Автотрансформаторы успешно конкурируют за потребителя, наряду с двух- и даже трехобмоточными электрическими трансформаторами. Автотрансформаторы относительно не дороги, удобны, могут выполнять функции как повышения, так и понижения, и являются идеальным выбором для сетей с невысоким напряжением и коэффициентом трансформации.

Трансформатор для дома

Нестабильное напряжение в электрической сети – проблема нередкая и влекущая за собой неприятные последствия от поломок электроприборов до порчи электрической проводки и возгораний. Частично решить самые разнообразные неполадки можно, установив трансформатор для дома – статистический электроаппарат, используемый для преобразования электрического тока или напряжения.

Проблемы в электрических сетях

Изначально электричество подаётся через линии электропередач от повышающих трансформаторов поставщика и может проходить до нескольких сотен километров до отдельного дома. При установке понижающего агрегата на несколько домов-потребителей нагрузки будут подразделяться между всеми подключенными домами.

Проблемы в электрических сетях

Гораздо выгоднее, хотя и дороже, установить индивидуальный трансформатор для дома – таким образом внутренняя электрическая сеть будет получать уже пониженный до 220В ток.

В случаях, когда в электрической сети наблюдается регулярная просадка напряжения, при которой приборы не в состоянии функционировать в полную силу, решить проблему можно установкой повышающего трансформатора.

Проблемы в электрических сетях

Виды и классификация

В зависимости от технических свойств и сферы применения, трансформаторы подразделяются достаточно разнообразно. Основными параметрами классификации трансформаторов являются:

  • количество фаз;
  • число обмоток;
  • класс точности – колебания максимально возможных значений погрешностей;
  • способ охлаждения;
  • тип размешения.

Если работа трансформатора направлена на регулировку электрического тока, то аппарат так и называется – трансформатор тока. В случае, когда устройство призвано регулировать напряжение, это будет трансформатор напряжения.

Виды и классификация

На направление перемен величины напряжения влияет такой показатель, как соотношение количества обмоток прибора:

  • первичной, принимающей напряжение;
  • вторичной, передающей изменённое значение напряжения электрического тока.

В случае, когда трансформатор имеет во вторичной обмотке большее число витков, чем в первичной, он относится к повышающим, при меньшем количестве — к понижающим.

Трансформатор для дома

На мощность трансформатора влияет сечение проводов обмоток, а на вес и размер – тип сердечника и материалов изготовления проводов. По исполнению трансформаторы делятся на однофазные и трёхфазные.

Самым лёгким и малогабаритным считается автотрансформатор, обеспеченный всего одной обмоткой. Также автотрансформаторы являются наиболее бюджетным вариантом и часто используются в приборах автоматического управления, а также применяются в высоковольтных электрических сетях. Единственным недостатком такого трансформатора является отсутствие гальванической развязки.

Виды и классификация

При подаче и приёме электричества на линии электропередач и обратно используются силовые трансформаторы, в электроприборах сетевые. Также существуют лабораторные, измерительные, импульсные и другие виды трансформаторов.

Трансформаторы напряжения

Трансформатором напряжения называется статический (неподвижный) электромагнитный прибор, меняющий значения переменного напряжения. По назначению такие устройства разделяют на несколько видов:

  • силовые – используются в электроснабжении как для повышения (для передачи его на дальние расстояния), так и для понижения (до рабочих значений устройств-потребителей) напряжения;
  • технологические – устройства повышенных мощностей, применяются с технологическими целями (сварочными, печными и другими);
  • маломощные – питают теле- радиоаппаратуру, бытовую технику, а также применяются в схемах различной электроники;
  • измерительные – применяются с целью расширения границ измерения приборов.
Читайте так же:
Синхронизация на самсунге стар

Трансформаторы напряжения

Применяются трансформаторы напряжения как для его измерения, так и для контроля параметров мощности. Эффективно питают электрические цепи автоматики, сигнализационные устройства, а также используются при защите линий электропередач.

Повышающие трансформаторы

Являются силовыми конструкциями, используемыми в электрических цепях бытовых либо производственных назначений, меняя напряжение в направлении повышения.

По характеристикам и областям использования различают следующие виды повышающих напряжение устройств:

  • автотрансформатор – однофазный прибор с одной обмоткой;
  • трансформатор тока – устройство с использованием нескольких обмоток, сердечника, оборудованный резисторами и оптическими датчиками;
  • устройство силового типа – предназначен для передачи тока между контурами посредством электромагнитной индукции;
  • антирезонансный агрегат – полностью закрытое однофазное или трёхфазное устройство;
  • заземляемые устройства – имеют специальные типы обмотки;
  • пик-трансформаторы – применяются с целью для разделения постоянного и переменного токов;
  • домашние бытовые агрегаты – передают электричество от источника тока к прибору потребителю, предотвращают помехи в работе приборов.

Повышающие трансформаторы

Трансформаторы, преобразующие напряжение из 220В в 380В, широко используются в трёхфазных сетях производственных зон. С их помощью легко решаются проблемы создания дополнительных линий электрического питания. Кроме того, данные агрегаты помогают симметрично распределять нагрузки по фазам сети в местах, где отсутствует сеть 380В.

Повышающий трансформатор для дома

Необходимость купить повышающий трансформатор для дома возникает в случае, когда напряжение в электрической сети не достигает требуемых 220 В. Однако следует помнить, что устройство обладает постоянным коэффициентом трансформации. Это значит, что при достижении в сети стабильного напряжения электричества, на выходе значение будет существенно превышать требуемое для питания электроприборов, что может привести к их поломке.

Повышающий трансформатор для дома

Существует вариант приобретения регулируемого устройства, в котором предусмотрен ручной контроль напряжения на выходе.

Стоит знать, что установка дома промышленных трансформаторов может быть крайне опасна в связи с использованием для их охлаждения специализированных масел.

Понижающие трансформаторы

Для отдельных приборов, используемых в быту, напряжение в 220В является излишним – для их подключения рекомендуется использовать понижающие трансформаторы (220 на 15 вольт или 220 на 10 вольт).

Понижающие трансформаторы

К преимуществам использования данных мини-трансформаторов для дома можно отнести:

  • защита от поражения электрическим током и возникновения возгорания (особенно актуально в банях, ванных комнатах и прочих помещения, обладающих повышенной влажностью);
  • экономия потребления электроэнергии (низковольтные осветительные приборы потребляют в разы меньше энергии, чем обычные);
  • продление срока службы приборов.

Виды и классификация

Зарядные устройства для телефонов, ноутбуков и прочих гаджетов уже имеют встроенные трансформаторы, а вот при монтаже низковольтного освещения с использованием светодиодных и галогенных ламп, требуется самостоятельная установка устройств для понижения напряжения.

Итак, купить трансформатор для частного дома или дачи не составит трудностей, если внимательно изучить виды и предназначение различных типов устройств. Правильный выбор поможет обеспечить наличие требуемых для работы приборов мощностей без риска выхода техники из строя.

Читайте так же:
Утепление окон регулировка пвх

Трансформаторы

Существует много разных электрических устройств. Рассмотрим одно из основных и распространенных дошедших до наших дней и не потерявшей своей актуальности – трансформатор. Это устройство служит для повышения или уменьшения напряжения в электрических цепях, частоты и числа фаз переменного электрического тока. По изменению напряжения тока они делятся на понижающие и повышающие значение напряжения сети.

Какой трансформатор называется повышающим а какой понижающим?

Понижающий трансформатор уменьшает напряжение тока в электрической цепи. Технически — это реализуется за счет разности напряжений между первичной обмотки устройства и вторичной.

Какой трансформатор называется повышающим? Повышающий трансформатор повышает значение напряжения электрического тока. На первичной обмотке оно ниже, а на вторичной выше. Тем самым на выходе прибора напряжение выше и за счет определенного числа витков обмотки и сечения имеет нужное значение.

Автотрансформаторы

Наряду с обычными трансформаторами часто в быту и промышленности применяются автотрансформаторы. Отличие от обычных состоит в том, что первичную и вторичную обмотку связывает не только магнитное поле, но и электрическая связь. Мощность в этом устройстве передается не только за счет магнитного поля, но и за счет электрической связи. Какой трансформатор называют повышающим и какой понижающим в автотрансформаторах? Принципы заложены те же. Какой трансформатор повышающий, а какой понижающий можно определить по соответствующей маркировке. Есть и универсальные устройства, которые выполняют обе функции на понижение и на повышение. Автотрансформаторы широко применяются в цепях большой мощности и высокого напряжения и, а также регулируют напряжение в устройствах небольшой мощности.

Как подобрать трансформатор

Чтобы грамотно выбрать трансформатор необходимо вначале ознакомится с характеристиками приборов сети, для которой вы будите покупать трансформатор. Узнать их потребляемую мощность и напряжение.

Далее узнать входное напряжение сети. Зная эти значения можно начать подбирать устройство. Определим, вначале, нам необходим повышающий или понижающий трансформатор. Какой трансформатор называют повышающим? Такой, у которого напряжение на входе меньше чем на выходе. Если приборы у нас потребляют напряжение больше, чем на входе сети, то выберем повышающий. Если нет – понижающий.

Смотрим на сумму значений мощности потребляемых приборов. Подбираем трансформатор с выходным параметром соответствующим этой мощности, добавив 20% и напряжению этих приборов.

Входное напряжение устройства должно соответствовать напряжению сети.

Трансформатор ставим в безопасное место и обязательно заземляем.

Часто покупатели затрудняются в выборе трансформатора. В сложностях подсчета мощности потребляемых приборов. Какой трансформатор является повышающим , какой понижающим. Что выбрать и так далее. Проще обратиться к нашему специалисту и он все сделает. Рассчитает и подберет универсальный автотрансформатор на все случаи, когда будет необходимо добавить какой либо новый потребляющий прибор.

Как регулируют напряжение повышающего трансформатора

Повышающие и понижающие трансформаторы

До сих пор мы с вами рассматривали трансформаторы, у которых первичная и вторичная обмотки имели одинаковую индуктивность, давая примерно одинаковые уровни напряжения и тока в обоих цепях. Однако, равенство напряжений и токов между первичной и вторичной обмотками трансформатора не является нормой для всех трансформаторов. Если индуктивности двух обмоток имеют разную величину, происходит нечто интересное:

Обратите внимание на то, что вторичное напряжение примерно в десять раз меньше первичного (0,9962 вольт против 10 вольт), а вторичный ток примерно в десять раз превышает первичный (0,9962 мА против 0,09975 мА). В этом SPICE моделировании описано устройство, которое в десять раз понижает напряжение и в десять раз повышает ток.

Читайте так же:
Регулировка подачи воды в бачок унитаза

ransformers20

Трансформатор — это очень полезное устройство. С его помощью мы легко можем повысить или понизить напряжение и ток в цепях переменного тока. Появление трансформаторов сделало практической реальностью передачу электроэнергии на большие расстояния. Трансформаторы позволяют уменьшить потери на проводах линий электропередач (соединяющих генерирующие станции с нагрузками) путем повышения переменного напряжения и понижения переменного тока. На обоих концах (как на генераторе, так и на нагрузках) трансформаторы понижают уровни напряжения до более безопасных значений и снижают стоимость применяемого оборудования. Трансформатор, который на выходе (во вторичной обмотке) вырабатывает более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке), называется повышающим трансформатором (его вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная). И наоборот, понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем подается на его вход, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

Посмотрите еще раз на фотографию, показанную в предыдущей статье:

ransformers16

На поперечном разрезе трансформатора хорошо видно первичную и вторичную обмотки.

Это понижающий трансформатор, о чем свидетельствует большое количество витков первичной обмотки и малое число витков вторичной обмотки. Он преобразует высокое напряжение и маленький ток в низкое напряжение и большой ток. Благодаря большому току вторичной обмотки, в ней используется провод большого сечения. Первичная обмотка, ток в которой имеет небольшую величину, может быть выполнена из провода меньшего сечения.

Любой из рассмотренных типов трансформаторов можно использовать по противоположному назначению (подключить вторичную обмотку к источнику переменного напряжения, а первичную обмотку — к нагрузке). В этом случае трансформатор будет выполнять противоположную функцию: понижающий трансформатор будет функционировать как повышающий, и наоборот. Однако, для эффективной работы трансформатора индуктивности каждой из его обмоток должны быть спроектированы под конкретные рабочие диапазоны напряжения и тока (этот вопрос рассматривался в предыдущей статье). Поэтому, при использовании трансформатора по «противоположному» назначению, напряжения и токи его обмоток должны оставаться в исходных конструктивных параметрах. Только в этом случае трансформатор будет эффективен (и не будет поврежден чрезмерным напряжением или током!).

Трансформаторы часто имеют такую конструкцию, что не очевидно, какие провода принадлежат к первичной обмотке, а какие к вторичной. Во избежание путаницы, на многих трансформаторах (в основном импортного производства) используется обозначение «Н» для высоковольтной обмотки (первичная обмотка в понижающем трансформаторе, вторичная обмотка в повышающем трансформаторе), и обозначение «X» для низковольтной обмотки. Поэтому простой силовой трансформатор будет иметь провода с надписью «H1», «H2», «X1» и «X2».

Если вы вспомните, что мощность равна произведению напряжения и тока, то поймете почему напряжение и ток всегда движутся в «противоположных направлениях» (если напряжение увеличивается, то ток уменьшается, и наоборот). Вы так же поймете, что трансформаторы не могут производить энергию, они могут только преобразовывать ее. Любое устройство, которое могло бы произвести больше энергии, чем потребило, нарушило бы Закон сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована).

Практическая значимость вышесказанного становится более очевидной, когда рассматривается альтернатива: до появления эффективных трансформаторов, преобразование уровней напряжения и тока могло быть достигнуто только за счет использования установок, содержащих моторы и генераторы:

Читайте так же:
Унитазы витра регулировка сливного бачка

ransformers21

Установка мотор/генератор иллюстрирует основной принцип трансформатора

В этой установке мотор механически соединен с генератором. Генератор предназначен для получения желаемых уровней напряжения и тока за счет скорости вращения мотора. В то время, как и мотор и генератор являются достаточно эффективными устройствами, использование их в связке не обладает достаточной эффективностью, так что общий КПД установки находится в диапазоне 90% или менее. Кроме того, движущиеся части данных установок подвержены трению и механическому износу, а это, в свою очередь, влияет как на срок службы, так и на производительность. Трансформаторы же, с другой стороны, способны преобразовывать переменное напряжение и ток с очень высокой эффективностью без движущихся частей, что делает возможным широкое распространение и использование электроэнергии, которую мы считаем само собой разумеющимся.

Справедливости ради стоит сказать, что установки мотор/генератор не обязательно являются устаревшими в сравнении с трансформаторами во всех сферах применения. Если трансформаторы явно превосходят моторы/генераторы в преобразовании переменного напряжения и тока, то они не могут преобразовать одну частоту переменного тока в другую, а также преобразовать (сами по себе) постоянное напряжение в переменное или наоборот. Установки мотор/генератор могут все это делать относительно просто, хотя и с некоторыми ограничениями эффективности, описанными выше. Эти установки также обладают уникальным свойством сохранения кинетической энергии: то есть, если по какой-либо причине источник питания мотора мгновенно отключается, его угловой момент (инерция вращательного движения) будет еще некоторое время поддерживать вращение генератора, изолируя тем самым нагрузку (питаемую генератором) от «сбоев» в основной энергосистеме.

При внимательном просмотре цифр в SPICE анализе вы должны увидеть соотношение между коэффициентом трансформации и двумя индуктивностями. Обратите внимание на то, что первичная обмотка (l1) имеет в 100 раз большую индуктивность, чем вторичная (10000 Гн против 100 Гн), и что напряжение было понижено с 10 В до 1 В (в 10 раз). Обмотка с большей индуктивностью имеет более высокое напряжение и меньший ток. Поскольку обе обмотки трансформатора намотаны вокруг одного и того же сердечника (для наиболее эффективной магнитной связи между ними), параметры, влияющие на их индуктивность равны, за исключением количества витков в каждой из обмоток. Если мы еще раз взглянем на формулу индуктивности, то увидим, что индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа ее витков:

ransformers22

Таким образом, должно быть очевидно, что две обмотки трансформатора в вышеприведенном SPICE моделировании при соотношении их индуктивностей 100 : 1 должны иметь соотношение витков провода 10 : 1, так как 10 в квадрате равно 100. Поскольку соотношение витков соответствует соотношению между первичным и вторичным напряжениями и токами (10 : 1), мы можем сказать, что коэффициент трансформации напряжения и тока равен соотношению витков провода между первичной и вторичной обмотками.

ransformers23

Повышающее / понижающее действие соотношения витков обмоток в трансформаторе аналогично соотношениям шестеренок в механических редукторных системах, которые преобразуют значения скорости и крутящего момента во многом таким же образом:

ransformers24

Повышающие и понижающие трансформаторы, применяющиеся для распределения электроэнергии, могут иметь гигантские размеры (сопоставимые с размером дома). На следующей фотографии показан трансформатор подстанции высотой около четырех метров:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector