Autotransformátory — zařízení, principy, výhody a nevýhody

Účel, zařízení a princip činnosti autotransformátorů

V některých případech je nutné měnit napětí v malém rozsahu. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, není transformátory s dvojitým vinutíma jednotlivá vinutí nazývaná autotransformátory. Pokud je transformační faktor mírně odlišný od jednoty, pak bude rozdíl mezi velikostí proudů v primárním a sekundárním vinutí malý. Co se stane, když spojíte dvě cívky? Získáte schéma autotransformátoru (obr. 1).

Autotransformátory jsou klasifikovány jako speciální transformátory. Autotransformátory se od transformátorů liší tím, že jejich nízkonapěťové vinutí je součástí vinutí vyššího napětí, to znamená, že obvody těchto vinutí mají nejen magnetické, ale i galvanické spojení.

V závislosti na zahrnutí vinutí autotransformátoru může dojít ke zvýšení nebo snížení napětí.

Rýže.1 Schémata jednofázových autotransformátorů: a-step-down, b-step-up.

Pokud k bodům A a X připojíte zdroj střídavého napětí, pak se v jádře objeví střídavý magnetický tok. V každém závitu cívky bude indukováno EMF stejné velikosti. Je zřejmé, že mezi body a a X bude EMF rovné EMF jedné otáčky krát počet závitů uzavřených mezi body a a X.

Pokud připojíte k cívce v bodech a a X libovolnou zátěž, pak sekundární proud I2 bude procházet částí cívky a je mezi body a a X. Ale protože primární proud prochází stejnými závity I1, pak tyto dva proudy se bude geometricky sčítat a podél úseku aX poteče velmi malé množství proudu, určeného rozdílem těchto proudů. To umožňuje, aby byla část vinutí odříznuta z drátu malého průřezu, aby se ušetřila měď. Pokud uvážíme, že tento úsek tvoří většinu všech závitů, pak je ekonomika mědi velmi patrná.

Proto je vhodné použít autotransformátory pro mírné snížení nebo zvýšení napětí, kdy je v části vinutí nastaven snížený proud, který je společný pro oba obvody autotransformátoru, což umožňuje vystačit si s tenčím drátem a ušetřit neželezné kovy. Zároveň klesá spotřeba oceli na výrobu magnetického obvodu, jehož průřez je menší než u transformátoru.

U elektromagnetických měničů energie - transformátorů - se přenos energie z jedné cívky na druhou provádí magnetickým polem, jehož energie je soustředěna v magnetickém obvodu.V autotransformátorech se energie přenáší jak přes magnetické pole, tak přes elektrické spojení mezi primárním a sekundárním vinutím.

Transformátor a autotransformátor

Autotransformátory úspěšně konkurují dvouvinutým transformátorům, když se jejich transformační poměr mírně liší od jednoty a je větší než 1,5 — 2. Když je transformační poměr vyšší než 3, autotransformátory nejsou opodstatněné.

Strukturálně se autotransformátory prakticky neliší od transformátorů. Na jádrech magnetického obvodu jsou dvě cívky. Vývody jsou vedeny ze dvou vinutí a společného bodu Většina dílů autotransformátoru je konstrukčně k nerozeznání od dílů transformátoru.

Laboratorní autotransformátory (LATR)

Autotransformátory se také používají v nízkonapěťových sítích jako nízkopříkonové laboratorní regulátory napětí (LATR). V takových autotransformátorech se regulace napětí provádí pohybem posuvného kontaktu podél závitů vinutí.

Laboratorně řízené jednofázové autotransformátory se skládají z prstencového feromagnetického magnetického obvodu obaleného jednou vrstvou izolovaného měděného drátu (obr. 2).

Z tohoto vinutí je vyrobeno několik konstantních odboček, což umožňuje použití těchto zařízení jako autotransformátorů snižujících nebo zvyšujících se s určitým konstantním transformačním poměrem. Kromě toho je na povrchu cívky, očištěné od izolace, úzká dráha, po které se pohybuje kontakt kartáče nebo válečku, aby se získalo plynule nastavitelné sekundární napětí v rozsahu od nuly do 250 V.

Když jsou sousední závity uzavřeny v LATR, nedojde k uzavření závitu, protože proudy vedení a zátěže v kombinovaném vinutí autotransformátoru jsou blízko sebe a v opačných směrech.

Laboratorní autotransformátory jsou vyráběny s jmenovitým výkonem 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Schéma laboratorně řízeného jednofázového autotransformátoru

Laboratorní autotransformátor (LATR)

Třífázové autotransformátory

Spolu s jednofázovými dvouvinutými autotransformátory se často používají třífázové dvouvinutí a třífázové třívinuté autotransformátory.

U třífázových autotransformátorů jsou fáze obvykle spojeny do hvězdy se špičatým neutrálním bodem (obr. 3). Je-li nutné napětí snížit, je elektrická energie přiváděna na svorky A, B, C a odebírána ze svorek a, b, sa při zvýšení napětí naopak. Používají se jako zařízení pro snížení napětí při spouštění výkonných motorů a také pro stupňovitou regulaci svorkového napětí. topné prvky elektrické trouby.

Rýže. 3. Schéma třífázového autotransformátoru s hvězdicovým zapojením fází vinutí s odstraněným neutrálním bodem

Třífázové vysokonapěťové transformátory se třemi vinutími se používají také ve vysokonapěťových elektrických sítích.

Třífázové autotransformátory jsou zpravidla na straně vyššího napětí zapojeny do hvězdy s nulovým vodičem. Zapojení do hvězdy zajišťuje úbytek napětí, pro který je izolace autotransformátoru navržena.

Použití autotransformátorů zlepšuje účinnost energetických systémů, snižuje náklady na přenos energie, ale vede ke zvýšení zkratových proudů.

Nevýhody autotransformátorů

Nevýhodou autotransformátoru je nutnost izolovat obě vinutí pro vyšší napětí, protože vinutí jsou elektricky propojena.

Významnou nevýhodou autotransformátorů je galvanické spojení mezi primárním a sekundárním okruhem, které neumožňuje jejich použití jako napáječe v sítích 6-10 kV při poklesu napětí na 0,38 kV, protože 380 V je přiváděno do zařízení, na kterých lidé pracují.

V případě poruch v důsledku přítomnosti elektrického spojení mezi vinutími v autotransformátoru může být vyšší napětí přivedeno na spodní vinutí. V tomto případě budou všechny části provozní instalace připojeny k vysokonapěťové části, což není povoleno z důvodu bezpečnosti údržby a možnosti porušení izolace vodivých částí připojovaného elektrického zařízení.

Vysokonapěťové autotransformátory