- Какво е автотрансформатор?
- Устройство и характеристики на дизайна
- Принципът на автотрансформатора
- Области на приложение
- Предимства и недостатъци
- Видео по темата на статията
Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
С развитието на енергетиката и свързаните с нея електрически мрежи за предаване на променлив ток като източник на енергия за различни устройства, възникна необходимостта от устройства, които променят стойността на напрежението. Такива универсални електромагнитни устройства, които позволяват да се повиши или понижи първоначалното напрежение до необходимата стойност, са трансформатори.
С течение на времето, за да се гарантира стабилната работа на електрическите уреди, главно за домашна употреба, имаше нужда от плавно регулиране на напрежението. Това стана възможно след изобретяването на автотрансформатора - устройство, в което вторичната намотка е неразделна част от първичните завои.
Какво е автотрансформатор?
От училищния курс по физика е известно, че най-простият трансформатор се състои от две намотки на желязо. Магнитното поле на променлив ток, подавано през изводите на първичните намотки, възбужда електромагнитни колебания във втората намотка, с подобна честота.
При свързване на товара към клемите на работната намотка, той образува вторичен кръг, в който възниква електрически ток. В този случай напрежението в образуваната електрическа верига е право пропорционално на броя на завъртанията на намотките. Това е: U 1 / U 2 = w 1 / w 2, където U 1, U 2 - напрежение и w 1, w 2 - броят на пълните завои в съответните намотки.
Автотрансформаторът е малко по-различен. Той всъщност се състои от единична намотка, от която са направени един или повече кранчета, образуващи вторични завои. В този случай всички намотки образуват помежду си не само електрическо, но и магнитно свързване. Следователно, когато се прилага електрическа енергия към входа на автотрансформатора, възниква магнитен поток, под действието на който ЕМП се индуцира в намотката на товара. Величината на електродвижещата сила е право пропорционална на броя на завъртанията, които образуват намотката на товара, от която се освобождава напрежението.
Така, дадената по-горе формула е валидна за автотрансформатора.
От основната намотка, можете да отклоните голям брой заключения, което ви позволява да създадете комбинации за премахване на различни напрежения. Това е много удобно на практика, тъй като често се налага понижаване на напрежението, за да захранва няколко комплекта електрически уреди, използващи различни напрежения.
Разликата на автотрансформатора от обичайния трансформатор
Както се вижда от описанието на автотрансформатора, основната му разлика от обичайния трансформатор е липсата на втора намотка с ядро. Ролята на вторичните намотки се извършва от отделни групи завои с галванично съединение. Тези групи не изискват отделна електрическа изолация.
Това устройство има някои предимства:
- намалено потребление на цветни метали, използвани при производството на такова оборудване;
- енергията се предава от електромагнитното поле на входния ток и поради електрическата връзка между намотките. Следователно, загубата на енергия е по-ниска, следователно, автотрансформаторите имат по-висока ефективност;
- малко тегло и компактни размери.
Въпреки структурните различия, принципът на действие на тези два вида продукти остава непроменен. Изборът на типа трансформатор зависи преди всичко от целите и задачите, които трябва да бъдат решени в електротехниката.
Видове автотрансформатори
В зависимост от това кои мрежи (еднофазни или трифазни) искате да промените, използвайте подходящия тип автотрансформатор. Те са еднофазни или трифазни. За да трансформирате тока от три фази, можете да инсталирате три автотрансформатора, проектирани да работят в еднофазни мрежи чрез свързване на техните терминали с триъгълник или звездичка.
Съществуват видове лабораторни автотрансформатори, които позволяват плавно да променяте стойностите на изходното напрежение. Такъв ефект се постига чрез преместване на плъзгача по повърхността на отворената част на еднослойна намотка, подобно на принципа на реостат. Намотките от тел се прилагат около пръстеновидна феромагнитна сърцевина, по обиколката на която се движи контактният плъзгач.
Автотрансформаторите от този тип са масово използвани в откритите пространства на СССР в ерата на масовото разпространение на тръбни телевизори. Тогава напрежението на мрежите беше нестабилно, което доведе до изкривяване на изображенията. От време на време потребителите на тази несъвършена технология трябваше да регулират напрежението до 220 V.
Преди появата на стабилизатори на напрежение, единственият начин за постигане на оптимални настройки на мощността за домакинските уреди от това време е използването на LATR. Този тип автотрансформатор се използва днес в различни лаборатории и образователни институции. С тяхна помощ се извършва настройка на електрическото оборудване, тества се оборудване с висока чувствителност и се изпълняват други задачи.
В специално оборудване, където товарът е незначителен, се използват моделите DATR за автотрансформатори.
Има и автотрансформатори:
- ниска мощност, за работа в вериги до 1 kV;
- средни мощности (повече от 1 kV);
- автотрансформатори за високо напрежение.
Трябва да се отбележи, че за целите на безопасността, използването на автотрансформатори като силови трансформатори е ограничено, за да се намалят напреженията до 380 V над 6 kV. Това се дължи на наличието на галванична връзка между намотките, която не е безопасна за крайния потребител. В случай на злополука е възможно високо напрежение да пада върху захранваното оборудване, което е изпълнено с непредвидими последствия. Това е основният недостатък на автотрансформаторите.
Обозначение на диаграми
Много лесно е да се разграничи автотрансформаторът от диаграмата от изображението на конвенционален трансформатор. Признак е наличието на единична намотка, свързана с едно ядро, обозначена с дебела линия в диаграмите. На едната или на двете страни на тази линия са показани схематично намотките, но в автотрансформатора всички те са свързани помежду си. Ако схемите са показани автономно, тогава става въпрос за конвенционален трансформатор (виж Фигура 1).
Устройство и характеристики на дизайна
Както е отбелязано по-горе, автотрансформаторът се състои от една намотка. Той се навива върху конвенционална или тороидална сърцевина.
Поради конструктивните си характеристики, той няма галванични изолации между веригите, което може да доведе до повреда във високо напрежение. Ето защо, надолу автотрансформатор, поради повишената си опасност, изисква приемането на допълнителни мерки за защита от електрически удар. Работата с него е разрешена при стриктно спазване на правилата за безопасност.
Принципът на автотрансформатора
Въпреки конструктивните особености на навиващата част на блока, нейният принцип на действие е много подобен на работата на конвенционален трансформатор. По същия принцип, по време на циркулацията на променлив ток, в ядрото настъпва магнитен поток. Ефектът му върху намотката се характеризира с появата на еднаква по големина електромоторна сила върху всяка отделна намотка. Общата ЕДС на намотката е равна на сумата от токовете на всички отделни завои.
Особеност е, че първичният ток циркулира и в намотката, което се оказва в противофазен към индукционния ток. Получените стойности на тези токове на мястото на намотката, предназначени за потребителя, се получават по-малко (за понижаване на tr.) От параметрите на постъпващата електроенергия.
Съотношението на стойностите на ЕМП се изразява с формулата: Е 1 / Е 2 = w 1 / w 2 = k, където Е е ЕМП, w е броят на завъртанията, k е коефициентът на трансформация.
Като се има предвид, че спадът на напрежението в намотките на трансформатора е малък - той може да бъде пренебрегнат. В този случай, равенството: U 1 = E 1 ; U 2 = E 2 може да се счита за справедливо. Така горната формула приема формата: U 1 / U 2 = w 1 / w 2 = k, т.е. съотношението на напреженията към броя на завоите е същото като за конвенционален трансформатор.
Без да навлизаме в подробности, отбелязваме, че съотношението на силата на тока на горната спирала към тока на натоварване, както и при конвенционалния трансформатор, се изразява с формулата: I 1 / I 2 = w 2 / w 1 = 1 / k. От това следва, че тъй като в понижаващ трансформатор w 2 <w 1, тогава I 2 <I 1 . С други думи, изходният ток е значително по-малък от входния ток. По този начин се използва по-малко енергия за нагряване на жицата, което позволява използването на кабели с по-малко напречно сечение.
Трябва да се отбележи, че силовото натоварване формира токовете на електромагнитната индукция и електрическия компонент. Електрическата мощност (P = U 2 * I 1 ) е доста забележима в сравнение с индукционния компонент, влизащ във втори контур. Следователно, за да се получи необходимата мощност, се използват по-малки стойности на секциите за магнитните ядра.
Области на приложение
Автотрансформаторите и до днес заемат силна позиция в различни области, свързани с електротехниката. Без тях не управлявайте:
- различни изправители;
- радиоустройства;
- телефонни апарати;
- Заваръчни машини;
- системи за електрификация на железниците и много други устройства.
Трифазните автотрансформатори се използват във високоволтовите мрежи. Използването им увеличава ефективността на енергийните системи, което се отразява на намаляването на разходите, свързани с преноса на електроенергия.
Предимства и недостатъци
За предимствата, описани по-горе, можете да добавите ниска цена на продуктите, като намалите цената на използваните цветни метали, цената на трансформаторната стомана. Автотрансформаторите се характеризират с незначителни загуби на енергия от токове, циркулиращи през намотките и сърцевините, което позволява да се постигне ниво на ефективност до 99%.
Към недостатъците трябва да се добави необходимостта от оборудване с неутрално заземяване. Поради съществуващата вероятност за късо съединение и възможността за предаване на високо напрежение по мрежата, съществуват известни ограничения за автотрансформаторите.
Поради галваничното свързване на намотките съществува риск от преминаване на атмосферни пренапрежения между тях. Въпреки това, въпреки недостатъците, автотрансформаторите все още се използват широко в различни области.