Чем принципиально отличается автотрансформатор от трансформатора?

Определения

Давайте дадим определения этим двум устройствам:

Трансформатор

Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, включающее в свою конструкцию две или более индуктивно связанных обмоток, намотанных на магнитопровод и предназначенное для преобразования переменного напряжения одной величины в другое без изменения величины передаваемой мощности.

Главная особенность трансформатора состоит в том, что первичная и вторичная обмотки в нем гальванически развязаны (то есть нет прямого электрического контакта), между ними есть только магнитная связь. Схематично это выглядят так:

Схема трансформатора

Областей, в которых используются трансформаторы очень много: электроэнергетические системы, системы электроснабжения городов и предприятий, электронная техника и многие другие. Наиболее мощные трансформаторы используются в электроэнергетических системах. Как правило, в таких системах используют классы напряжения 750 кВ, 500 кВ, 220 кВ, 110 кВ. В сетях городов и промышленных предприятий преобладают классы напряжения 35 кВ, 10 кВ, 6 кВ, иногда 20 кВ. В электронных устройствах могут применяться различны классы напряжения: 110 В, 45 В, 5 В и многие другие.

Существуют понижающие и повышающие трансформаторы. Применительно к электроэнергетическим системам, понижающие трансформаторы устанавливаются на узловых, проходных, тупиковых понижающих подстанциях, на главных понизительных подстанциях предприятий и городских сетей. На трансформатор такой подстанции приходит высокое напряжение, а уходит с него низкое напряжение. Например, на силовые трансформаторы узловой подстанции приходит напряжение 500 кВ, а уходит напряжение 220 кВ.

Повышающие трансформаторы работают в составе распределительных устройств электростанций, повышая напряжение от 6, 10, 18 или 24 кВ (так называемые генераторные напряжения) до напряжений, характерных для энергосистем (35-750 кВ)

Трансформатор

Трансформаторы могут быть двух или трехобмоточными. У двухобмоточного трансформатора два класса напряжения – высший и низший, например, 110/6 кВ, а у трехобмоточного трансформатора три класса напряжения: высший, средний и низший, например, 110/35/6 кВ.

Автотрансформатор

Автотрансформатор — тип трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки электрически соединены между собой. При этом одна обмотка имеет не менее трех выводов, соединив их можно получить напряжения разных классов.

Схематично их можно представить следующим образом:

Схема автотрансформатора

Следует подчеркнуть, что автотрансформаторы не имеют гальванической развязки, то есть в аварийной ситуации (пробое) первичное высокое напряжение вполне может быть подано на низкую сторону, что выведет из строя все устройства, подключенные в качестве нагрузки к низкой стороне.

Автотрансформаторы бывают с фиксированным и регулируемым выходным напряжением. Регулируемые версии включают такие продукты, как лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Автотрансформаторы, также, как и трансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими. В электроэнергетических системах автотрансформаторы зачастую применяются на мощных подстанциях по причине меньшей материалоемкости в сравнении с трансформаторами аналогичной мощности.

Количество обмоток в автотрансформаторе напрямую связано с количеством фаз. Другими словами, если нам нужен автотрансформатор в однофазной сети, то он будет однообмоточный, если в трехфазной сети, то трехобмоточный.

Кратко о принципе действия

Примечание. Далее мы рассмотрим так называемые идеальные трансформаторы, где падением напряжения можно пренебречь. Это означает, что выполняется следующее равенство U1 = E1 и U2 = E2.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества автотрансформаторов закономерно снижаются в условиях повышения трансформирующего коэффициента, и именно по этой причине агрегаты такого типа недопустимо использовать при питании распределительной электрической сети 220 В от напряжения шесть тысяч Вольт.

Таким образом, достоинства автотрансформатора максимально проявляются при наименьшем коэффициенте трансформации, и в этом случае бывают представлены:

• незначительным расходом стали для изготовления сердечника;
• пониженным расходом меди для производства обмоток;
• простотой и незначительными габаритами конструкции;
• почти максимальным коэффициентом полезного действия, достигающим показателей 99 %;
• меньшими потерями на обмотках и стальных магнитных проводах;
• частичной передачей энергии с использованием электрических связей;
• достаточной полезной мощностью;
• наименьшими изменениями напряжения в условиях смены нагрузки;
• доступной для рядового потребителя стоимостью.

При наличии высшего и низшего напряжения в условиях одного порядка отсутствуют препятствия для электрического соединения цепей.

Основные недостатки автотрансформатора заключаются в малом сопротивлении короткого замыкания, объясняющим высокую токовую кратность и возможность передачи высшего напряжения в сеть с низкими показателями, что обусловлено наличием электрической связи. Низковольтная схема внутри устройства напрямую зависит от наличия в сети достаточно высокого уровня напряжения, поэтому для предотвращения сбоев разрабатываются специальные схемы.

Лабораторный автотрансформатор

Кроме всего прочего, небольшое рассеивание, возникающее между обмотками, может спровоцировать короткое замыкание

Важно помнить, что соединение между обмотками в обязательном порядке должно быть максимально равномерным, а нейтраль обладает исключительно двумя блоками

Следует отметить, что из-за конструктивных особенностей автотрансформатора достаточно проблематично сохранять целостность электромагнитного баланса, а балансировка потребует увеличения габаритов, что негативно сказывается на весе и стоимости прибора.

Различие в принципе работы

Автотрансформатор и обыкновенный трансформатор имеют различия в принципе работы. Вот основные отличия:

1. Автотрансформатор имеет только одну общую обмотку, которая выполняет как функцию первичной, так и вторичной обмотки, в то время как обыкновенный трансформатор имеет две отдельные обмотки.
2. Обмотка автотрансформатора имеет несколько проводников, которые соединены между собой на определенных точках, образуя путь для тока. Это позволяет автотрансформатору иметь различные соотношения напряжений без использования физической изоляции между обмотками, в отличие от обыкновенного трансформатора.
3. Автотрансформатор может быть использован, чтобы увеличить или уменьшить напряжение, в то время как обыкновенный трансформатор обычно используется только для уменьшения или повышения напряжения.
4. Автотрансформатор может иметь более компактный и легкий дизайн по сравнению с обыкновенным трансформатором, так как он требует меньшего количества проводников и материалов для изготовления.
5. Потери мощности в автотрансформаторе обычно ниже, чем в обыкновенном трансформаторе, так как нет необходимости в двух отдельных обмотках и изоляции между ними. Это позволяет достичь более высокой эффективности.
6. Автотрансформатор может иметь несколько точек подключения, что позволяет выбирать различные соотношения напряжений в зависимости от точки подключения. В обыкновенном трансформаторе соотношение напряжений задается фиксированным числом в зависимости от числа витков в каждой обмотке.
7. В автотрансформаторе отсутствует электрическая изоляция между первичной и вторичной обмотками, что может быть опасно при работе с высокими напряжениями. В обыкновенном трансформаторе существует физическая изоляция между обмотками, что обеспечивает безопасность при работе с электричеством.
8. Автотрансформаторы обычно более чувствительны к перекосам напряжения, поскольку отсутствие электрической изоляции может привести к перекрестному смещению напряжений между первичной и вторичной обмотками.
9. Автотрансформаторы могут иметь более широкий диапазон выходного напряжения по сравнению с обыкновенными трансформаторами, благодаря возможности подключения к различным точкам обмотки.
10. Стоимость автотрансформатора обычно ниже, чем обыкновенного трансформатора, в связи с его более простой конструкцией и использованием меньшего количества материалов.
11. Автотрансформатор может быть использован для регулирования или стабилизации напряжения, в то время как обыкновенный трансформатор используется только для преобразования напряжения.
12. Наличие только одной обмотки в автотрансформаторе упрощает его подключение, поскольку нужно просто выбрать подходящую точку для подключения в зависимости от необходимого соотношения напряжений.

В целом, хотя автотрансформатор и обыкновенный трансформатор выполняют схожую функцию преобразования напряжения, их конструкция и принцип работы существенно отличаются, что дает возможность применять их в различных ситуациях и в зависимости от потребностей.

Страница не найдена — OFaze.ru

Работа трансформатора нередко сопровождается характерным гулом. Это явление не стоит считать ненормальным, поскольку шум

Фидер — устоявшееся разговорное название отдельных участков электрических сетей, распределительного и защитного оборудования в

Трансформатор ТМЗ – это силовое оборудование переменного тока, которое предназначается для понижения уровня напряжения

Сделать самостоятельно несложный сварочный аппарат вполне по силам любому, знакомому с правилами электромонтажа. Но

Один из узлов, применяемых в телевизорах – строчный трансформатор. Рассмотрим конструктивные особенности данного устройства,

Импульсный трансформатор – трансформатор, предназначенный для преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным

Разновидности

Доступные на сегодня трансформаторы классифицируются по следующему ряду признаков:

Назначению.

В зависимости от сферы применения устройства подразделяются на несколько видов:

1. Силовые – преобразуют ток большой мощности как в сетях, так и на установках.
2. Для систем освещения – используются для электропитания подсветок и систем освещения.
3. Сварочные – применяются для стабилизации сварочной дуги в сварочных аппаратах.
4. Измерительные – устанавливаются в инструменты для проведения измерений.
5. Импульсные – применяются в современных точных устройствах для сохранности выходной формы электротока.

Кроме того, трансформаторные модули могут иметь обозначение по применимости к конкретному месту, устройству, технике.

Для стабилизации дуги и контроля параметров тока в сварочном аппарате применяется электротрансформаторИсточник 220-volt.ru

Типу охлаждения.

Для успешной работы трансформатору требуется эффективное отведение вырабатываемого тепла. Для этого применяется 2 типа систем охлаждения:

1. Воздушные или сухие – с охлаждением за счет воздуха. Это стандартные бытовые установки для работы в 2-х и 3-х-фазных сетях.
2. Масляные – с радиаторной системой отвода тепла, где в качестве теплоносителя заливается минеральное масло. Как правило, это агрегаты мощностью свыше 6 кВт.

Видео описание

Видео о том, что такое трансформатор и как он работает:

Бывают также установки с жидкостным диэлектрическим охлаждением. Теплоносителем служит специальная жидкость-диэлектрик.

Виду электрического тока.

В стандартном представлении трансформатор предназначен для понижения или повышения напряжения в сети переменного тока. Однако бывают также варианты для постоянного тока.

Естественно, это несколько иные по конструкции и принципу действия устройства. Применяются они гораздо реже, чем обычные модели.

Количеству фаз.

В зависимости от количества преобразуемых фаз установки бывают:

1. 1-фазные.
2. 3-фазные.
3. Многофазные.

Последние применяются в особых условиях, когда оборудование должно всегда работать безотказно. При потере одной фазы на смену включается запасная.

Применение

Трансформатор, по сути, это универсальное устройство, и потому применяется везде, где есть необходимость понижения или повышения напряжения. Это, прежде всего, такие области:

Электроэнергетическая отрасль. Ни одна электростанция не обходится без стационарного трансформаторного блока для транспортировки на расстояние и распределения электричества по объектам.

Видео описание

Видео-обзор видов трансформаторов, их особенностей и способа проверки:

• Промышленная сфера. Большая часть промышленного оборудования требует трансформации тока под заданные характеристики. Для этого применяются силовые агрегаты.
• Электротехника. В блоках питания, передатчиках и усилителях используются трансформаторы высокочастотного и импульсного типа.
• Системы освещения. Для осветительных приборов на дорогах, зданиях, в цехах устанавливаются особые трансформаторные устройства.
• Электросварочные работы. Для стабилизации дуги и настроек тока применяются специальные трансформаторные агрегаты напряжения.
• Транспорт. Питание электроприводов различных транспортных средств (локомотивов, трамваев, авто) выполняется с помощью тяговых трансформаторов.
• Точные и измерительные приборы.

Видео описание

Видео о том, какие сердечники бывают у трансформаторов, и чем они различаются:

Коротко о главном

Трансформатор служит для повышения или понижения напряжения. Работает на принципе магнитной индукции. Состоит устройство из 3-х рабочих частей – сердечника, обмоток и корпуса.

При подаче переменного тока на 1-ую обмотку возникает переменный магнитный поток. Проходя через замкнутый магнитовод, он индуцирует ток во 2-ой обмотке.

Любой трансформатор характеризуется 3-мя параметрами – коэффициентом трансформации, КПД и потерей мощности. При этом классифицируется по ряду признаков:

• Назначению.
• Типу охлаждения.
• Числу фаз.
• Виду тока.

Чем различаются автотрансформатор и трансформатор

Для того, чтобы понизить или повысить напряжение применяют трансформаторы или же автотрансформаторы. Почему, казалось бы, для одних и тех же целей используют разные изделия? В чем их принципиальное отличие и схожесть? В этой статье я постараюсь ответить на эти вопросы. Итак, начнем.

Кратко о принципе действия

Достоинства и недостатки

Заключение

Кратко о принципе действия

Примечание. Далее будут рассмотрены так называемые идеальные трансформаторы, в которых падение напряжения можно пренебречь. А значит, станет верным следующее равенство U1 = E1 и U2 = E2.

Давайте вкратце поговорим о принципах работы этих двух аппаратов.

Итак, как мы знаем, у трансформатора есть как минимум пара обмоток, которые намотаны на сердечник и они изолированы друг от друга.

Если на первичную обмотку подать напряжение от сети или же от любого другого источника питания, то протекающий в ней ток породит магнитный поток, который проходя через сердечник и вторичную обмотку наведет в последней ЭДС. Весь принцип взаимодействия реализован на таком явлении, как электромагнитная индукция.

При этом разница напряжений первичной обмотки и вторичной обмотки находится соотношением их витков (коэффициент трансформации).

Теперь давайте скажем пару слов об автотрансформаторе

Допустим на витки W1 обмотки автотрансформатора подсоединен источник переменной энергии, а на витки W2 подсоединен потребитель. Во время протекания переменного тока в обмотке автотрансформатора формируется переменный магнитный поток, образующий в обмотке электродвижущую силу, которая имеет прямую зависимость от числа витков.

Значит, что части обмотки, где витки W1, образуется U1 и соответственно где W2 образуется U2.

У автотрансформатора коэффициент трансформации находится по такому же принципу что и у обычного трансформатора по следующему выражению:

K = U1/U2 = W1/W2

Существенные различия начинаются при рассмотрении протекающих токов.

В верхней половине обмотки, где число витков равно (W1-W2) протекает ток I1 который будет сильно отличаться от тока в части обмотки, где витки W2. Там будет протекать результирующий ток, который согласно правилу Ленца, будет равен I2-I1.

А это означает, что в той части обмотки, с которой выполняется подача напряжения потребителю, ток будет существенно меньше чем в ток в нагрузке, то есть выражение верно.

I2-I1

Трансформаторы и автотрансформаторы — в чем различие и особенность

Различное электрооборудование и современные электрические сети в целом используют для своей работы прежде всего переменный ток. Переменный ток питает двигатели, индукционные печи, станки, компьютеры, обогреватели, ТЭНы, осветительные приборы, бытовую технику.

Переоценить значимость переменного тока для современного мира невозможно. Однако для передачи электрической энергии на большие расстояния используется высокое напряжение. А техника требует для своего питания напряжения пониженного — 110, 220 или 380 вольт.

Поэтому после передачи на расстояние электрическое напряжение необходимо понизить. Понижение осуществляют ступенями при помощи трансформаторов и автотрансформаторов.

Вообще трансформаторы бывают повышающими и понижающими. Повышающие трансформаторы установлены на генерирующих электростанциях, где они повышают получаемое от генератора переменное напряжение до сотен тысяч и даже миллиона вольт, приемлемых для передачи на большие расстояния с минимальными потерями энергии. А потом это высокое напряжение понижается опять же при помощи трансформаторов.

Обычный силовой или сетевой трансформатор — это электромагнитный агрегат, назначение которого — изменить действующее значение переменного напряжения, подаваемого на его первичную обмотку. Трансформатор в каноническом виде имеет несколько обмоток, но минимум — две — первичную и вторичную.

Витки всех обмоток трансформатора обвивают общий магнитопровод — сердечник. На первичную обмотку подается напряжение величину которого необходимо изменить, ко вторичной (вторичным) обмотке (обмоткам) присоединяется потребитель или сеть с розетками, от которых будут питаться многочисленные потребители.

Действие трансформатора основано на законе электромагнитной индукции Фарадея. Когда по виткам первичной обмотки течет переменный ток, в пространстве внутри (в основном) обмотки действует переменное электромагнитное поле данного тока.

Это переменное магнитное поле способно навести ЭДС индукции во вторичной обмотке, которая охватывает пространство действия магнитного потока первичной обмотки. В обычном трансформаторе первичные обмотки гальванически изолированы от первичных.

В автотрансформаторе часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной. Автотрансформаторы целесообразно использовать тогда, когда напряжение нужно понизить лишь немного, не в разы, как это делают обычные трансформаторы, а например в 0,7 раз.

Таким образом главное отличие трансформатора от автотрансформатора заключается в том, что у обычного трансформатора обмотки электрически изолированы друг от друга, а обмотки автотрансформатора имеют общие витки и поэтому всегда связаны гальванически. У трансформатора каждая обмотка имеет минимум два собственных вывода, у автотрансформатора один вывод всегда окажется общим для первичной и вторичной обмоток.

Автотрансформаторы широко применяются в сетях с напряжением более 100 кВ, поскольку при ступенчатом понижении напряжения, когда ясно, что обмотки конечного трансформатора будут гальванически изолированы, отсутствие гальванической развязки на ступени автотрансформатора не критично.

Зато с экономической точки зрения автотрансформаторы куда выгоднее обычных. У них меньше потери в обмотках за счет меньшего количества меди в проводах чем у обычных трансформаторов аналогичной мощности.

Размер автотрансформатора при той же мощности меньше — меньше расходы на материалы и сердечник. У автотрансформаторов более высокий КПД, ибо преобразованию подвергается лишь часть магнитного потока. Да и в целом стоимость автотрансформатора получается ниже.

К недостаткам автотрансформатора, в отличие от обычного, можно отнести отсутствие гальванической развязки между первичной и вторичной цепью. Если изоляция по какой-нибудь причине окажется нарушена, обмотка низшего напряжения окажется под высоким напряжением. Поэтому автотрансформаторы обычно не используют в быту дабы не подвергать обывателя опасности поражения током.

На напряжении до 1000 вольт автотрансформаторы используются для регулирования напряжения в виде лабораторных приборов — лабораторных автотрансформаторов (ЛАТРов) и в составе электромеханических стабилизаторов напряжения (смотрите — Сетевые стабилизаторы напряжения 220В — сравнение различных типов, достоинства и недостатки)

Трехфазные разновидности

Наряду с однофазными применяются и трехфазные аппараты. Они отличаются типом обмотки. Существует автотрансформатор трехфазного типа с двумя и тремя контурами.

Чаще всего обмотки в подобных устройствах соединяются в виде звезды. Они имеют выведенную отдельно точку нейтрали. При помощи направления подведения напряжения выполняется понижение или повышение. Этот принцип положен в основу старта работы мощного двигателя, регулирования электрического тока по ступенчатой системе. Трехфазный тип автотрансформаторов применяется для нагревательных элементов печей.

Приборы с тремя обмотками используются в сетях высоковольтного типа. При этом со стороны высшего напряжения агрегат соединяется с нулевым проводом в звезду. Этот тип контакта способен снизить напряжение с учетом особенностей изоляции аппаратуры. Применение подобных приборов способно повысить уровень КПД системы, а также сэкономить затраты на совершение передачи электроэнергии. Однако в этом случае повышается количество токов короткого замыкания.

Наличие гальванической связи между совмещенными контурами не позволяют использовать представленное оборудование в силовых сетях (6-10 кВ), если напряжение понижается до 0,38 кВ. В этом случае трехфазное напряжение 380В подается непосредственно к электрическим потребителям. На таком оборудовании могут работать люди. Во избежание несчастных случаев применяются в подобных условиях другие разновидности агрегатов.

Что такое коэффициент трансформации

Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.

В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:

• первичной;
• вторичной.

Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.

Для силового трансформатора

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

где:

• U1 и U2 — напряжение в первичной и вторичной обмотки,
• N1 и N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке,
• I1 и I2 — ток в первичной и вторичной обмотки.

Трансформатор тока

Формула для вычисления коэффициента трансформации ТТ:

Значения коэффициентов обычно очень большие по сравнению с силовым трансформатор. Величины могут быть такими, как представлено в таблице:

Определим коэфф. трансформации: возьмём ТТ со значениями которые выделены в таблице 600/5 = 120. Также можно взять любой трансформатор 750/5 = 150; 800/2 = 400 и тд.

Трансформатор напряжения

Формула для вычисления коэффициента трансформации ТН:

Давайте рассчитаем коэффициент трансформации для ТН который показана на фото ниже:

Нужно взять напряжение первичной обмотки(красная стрелка) и разделить на напряжение вторичной обмотки(жёлтая стрелка). 35000/100 = 350.

Коэффициент трансформации электросчетчика

Величина коэффициента трансформации широко применяется для приборов учета электроэнергии. Эти данные необходимы для правильного выбора электросчетчика и дальнейших расчетов реального энергопотребления. С этой целью используется дополнительный показатель – расчетный коэффициент учета.

Для того чтобы определить данную величину с прибора учета электроэнергии снимаются показания и умножаются на коэффициент трансформации подключенного трансформаторного устройства. Например, решая задачу, как найти нужный показатель, 60 кВт/ч нужно умножить на коэффициент, равный 20 (30, 40 или 60). В результате умножения получается 60 х 20 = 1200 кВт/ч. Полученной значение и будет реальным расходом электроэнергии.

Существуют различные виды приборов учета. По своему принципу действия они могут быть одно– или трехфазными. Они не подключаются напрямую, между ними в цепь обязательно включается трансформатор тока. Некоторые конструкции счетчиков предполагают возможность прямого включения. В сетях с напряжением до 380 вольт используются счетчики 5-20 ампер. На счетчик поступает электроэнергия в чистом виде, с постоянным значением.

В настоящее время используются индукционные приборы учета, которые постепенно заменяются электронными моделями. Они считаются устаревшими, поскольку не могут выполнять учет потребленной электроэнергии по разным тарифам. Кроме того, они не могут передавать данные на удаленное расстояние. Поэтому на смену им приходят электронные счетчики, способные напрямую преобразовывать поступающий ток в определенные сигналы. В этих конструкциях отсутствуют вращающиеся части, что способствует существенному повышению их надежности и долговечности. Коэффициент трансформации счетчиков оказывает прямое влияние на точность получаемых данных.