Autotransformatoare — dispozitiv, principii, avantaje și dezavantaje

Scopul, dispozitivul și principiul de funcționare al autotransformatoarelor

În unele cazuri, este necesar să variați tensiunea într-un interval mic. Cel mai simplu mod de a face acest lucru nu este transformatoare cu înfăşurare dublăși înfășurări simple numite autotransformatoare. Dacă factorul de transformare este ușor diferit de unitate, atunci diferența dintre mărimea curenților din înfășurările primare și cele secundare va fi mică. Ce se întâmplă dacă combinați cele două bobine? Veți obține o diagramă a unui autotransformator (Fig. 1).

Autotransformatoarele sunt clasificate ca transformatoare cu destinație specială. Autotransformatoarele diferă de transformatoare prin faptul că înfășurarea lor de joasă tensiune face parte din înfășurarea de tensiune mai mare, adică circuitele acestor înfășurări au nu numai o conexiune magnetică, ci și galvanică.

În funcție de includerea înfășurărilor autotransformatorului, poate apărea o creștere sau scădere a tensiunii.

Orez.1 Scheme de autotransformatoare monofazate: a-step-down, b-step-up.

Dacă conectați o sursă de tensiune alternativă la punctele A și X, atunci va apărea un flux magnetic alternativ în miez. Un EMF de aceeași mărime va fi indus în fiecare dintre spirele bobinei. Evident, între punctele a și X va exista un EMF egal cu EMF de o tură ori numărul de spire închise între punctele a și X.

Dacă atașați la bobină în punctele a și X orice sarcină, atunci curentul secundar I2 va trece printr-o parte a bobinei și se află între punctele a și X. Dar, deoarece curentul primar trece prin aceleași spire I1, atunci cei doi curenți se va adăuga geometric și o cantitate foarte mică de curent va curge de-a lungul secțiunii aX, determinată de diferența dintre acești curenți. Acest lucru permite tăierea unei părți a înfășurării dintr-un fir de ecartament mic pentru a economisi cupru. Dacă luăm în considerare că această secțiune reprezintă majoritatea turelor, atunci economia cuprului este foarte vizibilă.

Astfel, este recomandabil să folosiți autotransformatoare pentru a scădea sau crește ușor tensiunea, atunci când în partea de înfășurare este setat un curent redus, care este comun ambelor circuite ale autotransformatorului, ceea ce permite să faceți cu un fir mai subțire și să economisiți materiale neferoase. metale. În același timp, consumul de oțel pentru producerea unui circuit magnetic scade, a cărui secțiune transversală este mai mică decât cea a unui transformator.

În convertoarele de energie electromagnetică - transformatoare - transferul de energie de la o bobină la alta se realizează printr-un câmp magnetic, a cărui energie este concentrată în circuitul magnetic.În autotransformatoare, energia este transmisă atât printr-un câmp magnetic, cât și printr-o conexiune electrică între înfășurările primare și secundare.

Transformator și autotransformator

Autotransformatoarele concurează cu succes cu transformatoarele cu două înfășurări atunci când raportul lor de transformare este ușor diferit de unitate și este mai mare de 1,5 — 2. Când raportul de transformare este peste 3, autotransformatoarele nu sunt justificate.

Din punct de vedere structural, autotransformatoarele practic nu diferă de transformatoare. Există două bobine pe miezurile circuitului magnetic. Cablurile sunt preluate de la două înfășurări și un punct comun Majoritatea pieselor autotransformatoarelor nu se pot distinge structural de părțile transformatorului.

Autotransformatoare de laborator (LATR)

Autotransformatoarele sunt, de asemenea, utilizate în rețelele de joasă tensiune ca regulatoare de tensiune de laborator de mică putere (LATR). În astfel de autotransformatoare, reglarea tensiunii se realizează prin deplasarea contactului de alunecare de-a lungul spirelor înfășurării.

Autotransformatoarele monofazate controlate de laborator constau dintr-un circuit magnetic feromagnetic inelar învelit cu un singur strat de sârmă de cupru izolat (Fig. 2).

Din această înfășurare sunt realizate mai multe robinete constante, ceea ce permite acestor dispozitive să fie utilizate ca autotransformatoare step-down sau step-up cu un anumit raport de transformare constant. În plus, pe suprafața bobinei, curățată de izolație, există o cale îngustă de-a lungul căreia contactul periei sau rolei se mișcă pentru a obține o tensiune secundară reglabilă continuu, de la zero la 250 V.

Când spirele adiacente sunt închise în LATR, nu are loc nicio închidere a turei deoarece curenții de linie și de sarcină din înfășurarea combinată a autotransformatorului sunt aproape unul de celălalt și în direcții opuse.

Autotransformatoarele de laborator sunt produse cu o putere nominală de 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Schema unui autotransformator monofazat controlat de laborator

Autotransformator de laborator (LATR)

Autotransformatoare trifazate

Împreună cu autotransformatoarele monofazate cu două înfășurări, sunt adesea utilizate autotransformatoare trifazate cu două înfășurări și trifazate cu trei înfășurări.

În autotransformatoarele trifazate, fazele sunt de obicei conectate într-o stea cu un punct neutru ascuțit (Fig. 3). Dacă este necesară reducerea tensiunii, energia electrică este furnizată la bornele A, B, C și retrasă de la bornele a, b, s și cu o creștere a tensiunii - invers. Sunt utilizate ca dispozitive de reducere a tensiunii la pornirea motoarelor puternice, precum și pentru reglarea treptată a tensiunii la borne. elemente de incalzire cuptoare electrice.

Orez. 3. Schema unui autotransformator trifazat cu o conexiune în stea a fazelor de înfășurare cu punctul neutru îndepărtat

În rețelele electrice de înaltă tensiune se folosesc și transformatoare trifazate de înaltă tensiune cu trei înfășurări.

Autotransformatoarele trifazate, de regulă, pe partea de tensiune mai mare sunt conectate într-o stea cu un fir neutru. Conexiunea în stea asigură căderea de tensiune pentru care este proiectată izolația autotransformatorului.

Utilizarea autotransformatoarelor îmbunătățește eficiența sistemelor energetice, reduce costurile de transport de energie, dar duce la creșterea curenților de scurtcircuit.

Dezavantajele autotransformatoarelor

Dezavantajul autotransformatorului este necesitatea de a izola cele două înfășurări pentru o tensiune mai mare, deoarece înfășurările sunt conectate electric.

Un dezavantaj semnificativ al autotransformatoarelor este conexiunea galvanică între circuitele primar și secundar, care nu permite utilizarea acestora ca alimentatoare în rețelele de 6-10 kV atunci când tensiunea scade la 0,38 kV, deoarece echipamentele pe care se furnizează 380 V. oamenii lucrează.

În cazul avariilor din cauza prezenței unei conexiuni electrice între înfășurările din autotransformator, tensiunea mai mare poate fi aplicată înfășurării inferioare. În acest caz, toate părțile instalației operaționale vor fi conectate la partea de înaltă tensiune, care nu este permisă din cauza siguranței întreținerii și a posibilității de rupere a izolației părților conductoare ale echipamentului electric conectat.

Autotransformatoare de înaltă tensiune