Autotranszformátorok - eszköz, alapelvek, előnyei és hátrányai

Az autotranszformátorok célja, eszköze és működési elve

Bizonyos esetekben szükség van a feszültség egy kis tartományban történő változtatására. Ennek legegyszerűbb módja nem dupla tekercses transzformátorokés egyedi tekercsek úgynevezett autotranszformátorok. Ha az átalakítási tényező kissé eltér az egységtől, akkor az elsődleges és a szekunder tekercsben lévő áramok nagysága közötti különbség kicsi lesz. Mi történik, ha kombinálja a két tekercset? Egy autotranszformátor diagramját kapja meg (1. ábra).

Az autotranszformátorok a speciális célú transzformátorok közé tartoznak. Az autotranszformátorok abban különböznek a transzformátoroktól, hogy kisfeszültségű tekercselésük a nagyobb feszültségű tekercs része, vagyis ezen tekercsek áramkörei nemcsak mágneses, hanem galvanikus csatlakozással is rendelkeznek.

Az autotranszformátor tekercseinek beépítésétől függően a feszültség növekedhet vagy csökkenhet.

Rizs.1 Egyfázisú autotranszformátorok sémái: a-lelépés, b-lépés.

Ha váltakozó feszültségforrást csatlakoztat az A és X pontokhoz, akkor a magban váltakozó mágneses fluxus jelenik meg. Minden tekercsfordulatban azonos nagyságú EMF indukálódik. Nyilvánvaló, hogy az a és X pont között egy EMF lesz, amely megegyezik az a és X pontok közötti zárt körök egy fordulatának szorzatával.

Ha a tekercshez az a és X pontokon bármilyen terhelést csatlakoztat, akkor az I2 szekunder áram áthalad a tekercs egy részén, és az a és X pontok között van. De mivel a primer áram ugyanazon az I1 fordulaton halad át, akkor a két áram geometriailag összeadódik, és nagyon kis mennyiségű áram folyik az aX szakasz mentén, amelyet ezen áramok különbsége határoz meg. Ez lehetővé teszi, hogy a tekercs egy részét kis átmérőjű huzalból levágják a réz megtakarítása érdekében. Ha figyelembe vesszük, hogy ez a szakasz teszi ki az összes fordulat nagy részét, akkor a rézgazdaság nagyon szembetűnő.

Ezért ajánlatos autotranszformátorokat használni a feszültség enyhe csökkentésére vagy növelésére, amikor csökkentett áramot állítanak be a tekercsrészben, ami közös az autotranszformátor mindkét áramkörében, ami lehetővé teszi a vékonyabb vezeték használatát és a színesfém megtakarítását. fémek. Ugyanakkor csökken az acél felhasználása a mágneses áramkör előállításához, amelynek keresztmetszete kisebb, mint a transzformátoré.

Az elektromágneses energiaátalakítókban - transzformátorokban - az energia egyik tekercsről a másikra történő átvitelét mágneses tér végzi, amelynek energiája a mágneses áramkörben koncentrálódik.Az autotranszformátorokban az energia mind a mágneses mezőn, mind az elsődleges és a szekunder tekercs közötti elektromos kapcsolaton keresztül történik.

Transzformátor és autotranszformátor

Az autotranszformátorok sikeresen versenyeznek a kéttekercses transzformátorokkal, ha transzformációs arányuk kissé eltér az egységtől, és nagyobb, mint 1,5–2. Ha az átalakítási arány 3 felett van, az autotranszformátorok használata nem indokolt.

Szerkezetileg az autotranszformátorok gyakorlatilag nem különböznek a transzformátoroktól. A mágneses áramkör magjain két tekercs található. A vezetékeket két tekercsről és egy közös pontról veszik.A legtöbb autotranszformátor alkatrész szerkezetileg megkülönböztethetetlen a transzformátor részektől.

Laboratóriumi autotranszformátorok (LATR)

Az autotranszformátorokat kisfeszültségű hálózatokban is használják kis teljesítményű laboratóriumi feszültségszabályozóként (LATR). Az ilyen autotranszformátorokban a feszültségszabályozást a csúszóérintkezőnek a tekercs menetei mentén történő mozgatásával hajtják végre.

A laboratóriumi vezérlésű egyfázisú autotranszformátorok egy gyűrű alakú ferromágneses mágneses áramkörből állnak, amelyet egyetlen réteg szigetelt rézhuzal burkolt be (2. ábra).

Ebből a tekercselésből több állandó leágazás készül, ami lehetővé teszi, hogy ezeket az eszközöket lecsökkentő vagy emelő autotranszformátorként használhassák bizonyos állandó transzformációs arány mellett. Ezenkívül a tekercs szigeteléstől megtisztított felületén keskeny út van, amelyen a kefe vagy a henger érintkezője elmozdul, és folyamatosan állítható, nulla és 250 V közötti szekunder feszültséget kap.

Ha a szomszédos fordulatokat LATR-ben zárják, akkor nem történik fordulatzárás, mert az autotranszformátor kombinált tekercsében a vonal- és terhelési áramok közel vannak egymáshoz és ellentétes irányúak.

A laboratóriumi autotranszformátorokat 0,5 névleges teljesítménnyel gyártják; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Laboratóriumi vezérlésű egyfázisú autotranszformátor vázlata

Laboratóriumi autotranszformátor (LATR)

Háromfázisú autotranszformátorok

Az egyfázisú, két tekercses autotranszformátorok mellett gyakran használnak háromfázisú kéttekercses és háromfázisú három tekercses autotranszformátorokat.

A háromfázisú autotranszformátorokban a fázisokat általában egy hegyes nullapontú csillagban kötik össze (3. ábra). Ha csökkenteni kell a feszültséget, akkor az A, B, C kapcsokra elektromos energiát szolgáltatnak, és az a, b, s kapcsokról kivonják, a feszültség növekedésével pedig fordítva. Feszültségcsökkentő eszközként használják nagy teljesítményű motorok indításakor, valamint a kapocsfeszültség fokozatos szabályozására. fűtőelemek elektromos sütők.

Rizs. 3. Háromfázisú autotranszformátor vázlata a tekercselési fázisok csillagcsatlakozásával, eltávolított nullaponttal

A három tekercses háromfázisú nagyfeszültségű transzformátorokat a nagyfeszültségű elektromos hálózatokban is használják.

A háromfázisú autotranszformátorok általában a magasabb feszültség oldalán egy csillagba vannak csatlakoztatva nulla vezetékkel. A csillagcsatlakozás biztosítja azt a feszültségesést, amelyre az autotranszformátor szigetelését tervezték.

Az autotranszformátorok alkalmazása javítja az energiarendszerek hatékonyságát, csökkenti az energiaátviteli költségeket, de a rövidzárlati áramok növekedéséhez vezet.

Az autotranszformátorok hátrányai

Az autotranszformátor hátránya, hogy a két tekercset nagyobb feszültséghez szigetelni kell, mivel a tekercsek elektromosan vannak csatlakoztatva.

Az autotranszformátorok jelentős hátránya a primer és szekunder áramkörök közötti galvanikus kapcsolat, amely nem teszi lehetővé, hogy 6-10 kV-os hálózatokban betáplálóként használják őket, amikor a feszültség 0,38 kV-ra csökken, mivel 380 V-ot táplálnak a berendezésre, amelyen az emberek dolgoznak.

Abban az esetben, ha az autotranszformátorban lévő tekercsek közötti elektromos kapcsolat miatt meghibásodások lépnek fel, a magasabb feszültség az alsó tekercsre kapcsolható. Ebben az esetben az üzemi szerelés minden része a nagyfeszültségű részhez csatlakozik, ami a karbantartási biztonság és a csatlakoztatott elektromos berendezések vezetőképes részeinek szigetelése megszakadásának lehetősége miatt nem megengedett.

Nagyfeszültségű autotranszformátorok