Автотрансформатор – это разновидность трансформатора, имеющего одну обмотку на многослойном сердечнике. Он похож на двухобмоточный трансформатор, но отличается тем, что часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной сторон. В состоянии нагрузки часть тока передаётся непосредственно от источника питания, а оставшаяся часть – от действия самого устройства. Таким образом, прибор действует в качестве регулятора напряжения.
Лабораторный автотрансформатор(ЛАТР)
Конструкция и принцип работы
Автотрансформатор используется для регулировки линейных напряжений, чтобы либо изменить значение, либо сохранить его постоянным. Если регулировка производится на небольшую величину, то коэффициент трансформации также невелик, а токи в первичной и вторичной обмотках практически одинаковы. Следовательно, та часть обмотки, которая обуславливает разницу между двумя токами, может быть изготовлена из проводника намного меньшего размера.
Диапазон управления, значение индуктивности рассеяния и габаритный размер (из-за того, что вторая обмотка отсутствует) автотрансформатора при необходимой величине реактивной или активной мощности меньше, чем у трансформаторов, у которых присутствует двойная обмотка.
Обе обмотки – первичная и вторичная – соединены между собой как электрически, так и магнитно, а также имеют общий магнитопровод. Часть первичной части обмотки соединяется с источником питания переменного тока. Таким образом, в результате простого реверсирования соединений можно легко повышать или понижать напряжения питания.
При протекании исходного тока через одну обмотку в одном направлении, ток во вторичной обмотке движется в противоположную сторону. Автотрансформатор имеет несколько точек отбора потенциала вдоль обмотки.
Конструкция однофазного автотрансформатора
Недостатки
Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:
- Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
- Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
- Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
- Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
- Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.
Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.
Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.
Режимы работы
- В автотрансформаторных режимах (а) возможна передача номинальной мощности из обмотки ВН в обмотку НН или наоборот. В обоих режимах последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
- В трансформаторных режимах возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. В этих режимах АТ недогружен, что допустимо, но неэкономично.
- В комбинированном режиме (б) возможна передача мощности не более S тип из сети НН в сеть ВН и при этом ( Sном Sтип) автотрансформаторным путем из сети СН в сеть ВН. Этот режим является допустимым и экономичным, т.к. загрузка общей обмотки может в пределе равной 0, а через АТ в сумме передается Sном.
Также читайте: Импульсный трансформатор
Выбор оптимального режима работы важен для трёхфазных устройств. Они используются для непрерывной регулировки параметров с малыми потерями. Этот компонент обеспечивает пользователям наилучшую точность регулировки при минимальных потерях и, следовательно, при пониженном тепловыделении. Для трёхфазного тока данный эффект достигается с помощью механических соединений трёх управляющих трансформаторов. Конструкция скользящих токосъёмников выполняется такой, чтобы обеспечить надёжный выходной контакт и – при срабатывании – одновременную очистку контактной дорожки. Используются угольные щётки, которые могут вращаться или перемещаться возвратно-поступательно.
Переменный автотрансформатор имеет несколько первичных обмоток для создания вторичного напряжения, которое регулируется в диапазоне от нескольких вольт до долей вольт за оборот. Это достигается благодаря тому, что угольная щётка или ползунок находятся в контакте с одним или несколькими витками первичной обмотки. Поскольку витки первичной катушки равномерно распределены по её длине, то выходное значение пропорционально угловому вращению щётки.
Техника безопасности при работе с ЛАТРом
Хочется также добавить пару слов о технике безопасности. Есть ЛАТРы без гальванической развязки. Это означает, что фазный провод из сети идет прямо на выход такого ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванической развязки выглядит вот так:
В этом случае на выходной клемме ЛАТРа может появиться напряжение сети 220 Вольт с вероятностью 50/50. Все зависит от того, как вы воткнете сетевую вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.
Если присмотреться к схемотехническому изображению на самой лицевой панели ЛАТРа Ресанта, то можно увидеть, что клемма «Х» и «х» (те, которые два нижних) связаны между собой проводником.
То есть если на клемме «Х» фаза, то и на клемме «х» тоже будет фаза! Вы ведь не будете каждый раз замерять фазу в розетке, чтобы воткнуть правильно вилку? Поэтому БУДЬТЕ крайне ОСТОРОЖНЫ! Старайтесь не задевать голыми руками выходные клеммы ЛАТРа!
В принципе я задевал и ничего со мной такого не произошло. Дело оказалось в том, что у меня деревянный пол, который почти является диэлектриком. Замерял напряжение между мной и фазой — вышло около 40 Вольт. Поэтому я и не чувствовал эти 40 Вольт. Если бы я взялся одной рукой за батарею или встал бы голыми ногами на землю, а другой рукой взялся бы за выход «х» ЛАТРа, то меня тряхануло бы очень и очень сильно, так как через меня бы прошли все полноценные 220 Вольт.
Классификация видов
Как правило, рассматриваемые устройства используются в промышленных и бытовых применениях, которые рассчитаны на низкое энергопотребление. Они эффективны также для соединения систем, работающих при разных значениях напряжения. Этим объясняется разнообразие видов автотрансформаторов.
Рассматриваемые изделия различают:
- По степени внешней защиты корпуса – устройства, предназначенные для функционирования снаружи, снабжаются водонепроницаемым корпусом.
- По техническим характеристикам – диапазону рабочих частот, значениям максимального первичного и вторичного напряжения, наибольшему вторичному току, мощности и температуре.
- По типу электрической сети, в которой они функционируют – одно – или трёхфазной.
Однофазный(слева) и трёхфазный(справа) - По значению выходного напряжения автотрансформаторы могут быть повышающими или понижающими. Особый класс образуют устройства со скользящими отводами. Важной характеристикой, которую учитывают при выборе, является тип сердечника – ламинированный, сплит и тороидальный.
1а – трансформатор, 1б – понижающий, 1в – повышающий
Основные виды автотрансформаторов
- ВУ-25-Б — служит для уравнивания вторичных токов в дифференциальных защитах силовых трансформаторов.
- АТД — мощность 25 Вт, долго насыщается, имеет старую конструкцию и поэтому используется очень редко.
- ЛАТР-1 — предназначен в сетях с напряжением 127 В.
- ЛАТР-2 — применяется с напряжением 220 В.
- ДАТР-1 — предназначен для малых нагрузок.
- РНО — предназначен для больших нагрузок.
- АТЦН — применяется в измерительных телеустройствах.
Особенности
Схема замещения автотрансформатора позволяет сэкономить на количестве медного проводника. Для такого оборудования необходима проволока меньшего сечения. Это обеспечивает значительную экономию материалов и относительно невысокую стоимость аппарата. Сократить расходы на изготовление представленного оборудования удается благодаря снижению количества стали для изготовления магнитопривода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы значительно отличаются размером сечения сердечника.
Устройство современного автотрансформатора делает оборудование востребованным, если показатель трансформации приближается к 1 или находится в пределах от 1,5 до 2. Если же коэффициент будет больше 3, применение подобного прибора становится неоправданным.
По многим параметрам принцип работы автотрансформатора, его конструкция и детали мало отличаются от обычных двухобмоточных трансформаторов.
Различные режимы работы автотрансформаторов позволяют устранить недостатки бытовой электросети. Это необходимо, например, когда напряжение не дотягивает или, наоборот, немного превышает стандартную норму 220 В. Особенности конструкции автотрансформатора позволяют выполнять настройку с определенным шагом. Электронный автотрансформатор, имеющий в своем составе коммутационную и регулирующую систему выполняет этот процесс автоматически.
Расшифровка основных параметров
Обмотки обозначаются, как правило, заглавными буквами (А, B, C и т.д.), в то время как общее нейтральное соединение обозначается N или n. Для вторичных ответвлений номера цифровых индексов используются для всех точек ответвления вдоль первичной обмотки. А индексы обычно начинаются с цифры «1» и продолжаются с возрастанием.
Обозначение бытовых автотрансформаторов отечественного производства, изготавливаемых по ГОСТ 7518-83, включает в себя:
- Буквенные индексы, которые определяют класс устройства – переходные (АПБ) или регулировочные (АРБ);
- Номинал реактивной мощности, кВА, на которую рассчитаны обмотки.
ГОСТ 7518-83 предусматривает указание наибольшего напряжения на вторичной обмотке отдельно при отсутствии и наличии внешней нагрузки.
Отдельная маркировки принята для лабораторных автотрансформаторов – ЛАТРов: после буквенного обозначения указывается номинальная мощность прибора в кВт.
Где используются
Основными областями применения устройств являются:
- Компенсация падения потенциала в распределительных системах, которое производится повышением значений напряжения питания.
- Системы управления асинхронных и синхронных двигателей, где наличие автотрансформатора с несколькими ответвлениями облегчает запуск.
- В условиях исследовательских лабораторий, когда требуется варьировать электрические переменные в широких пределах.
Данные устройства используются также для регулировки яркости света; такие приборы называют диммерами. В этих случаях особое внимание уделяют правильному подбору предохранителей, в противном случае более высокое напряжение питания может оказаться на вторичных клеммах.
Советы и рекомендации
В настоящее время наряду с однофазными приборами находят достаточно широкое применение и устройства трехфазного типа, отличающиеся обмоткой. Существуют современные трёхфазные автотрансформаторы, имеющие два и три контура.
Основные защитные характеристики автотрансформатора представлены несколькими вариантами:
- дифференциальная разновидность, предупреждающая выход из строя при любых нарушениях в обмотке;
- принцип токовой отсечки, корректирующий неполадки, возникшие на ошинковках или вводах;
- высокоэффективная токовая защита, которая четко срабатывает в условиях повреждения агрегата;
- газовый вид, оповещающий даже о выделениях или понижении количества маслянистой жидкости.
Токовые трансформаторы – важное защитное свойство релейного типа. Схема подключения трансформатора тока – варианты монтажа вы найдете на нашем сайте.
Для чего необходим провод заземления? Подробно о назначении рассмотрим далее.
Конструкцией предусмотрена защита при появлении замыкания или перегрузки, но прибор не подлежит эксплуатации, если замечено повреждение изолирующего слоя, отмечается сбой на соединительных участках, присутствуют сторонние звуки или слишком сильная вибрация, а также прибор имеет на корпусе выраженные трещины или многочисленные сколы.
