Autotransformatoren - apparaat, principes, voor- en nadelen

Doel, apparaat en werkingsprincipe van autotransformatoren

In sommige gevallen is het nodig om de spanning over een klein bereik te variëren. De gemakkelijkste manier om dit te doen is dat niet dubbelwikkelende transformatorenen enkele wikkelingen genaamd autotransformatoren. Als de transformatiefactor enigszins afwijkt van één, dan zal het verschil tussen de grootte van de stromen in de primaire en in de secundaire wikkelingen klein zijn. Wat gebeurt er als je de twee spoelen combineert? U krijgt een diagram van een autotransformator (Fig. 1).

Autotransformatoren zijn geclassificeerd als transformatoren voor speciale doeleinden. Autotransformatoren verschillen van transformatoren doordat hun laagspanningswikkeling deel uitmaakt van de hogere spanningswikkeling, dat wil zeggen dat de circuits van deze wikkelingen niet alleen een magnetische, maar ook een galvanische verbinding hebben.

Afhankelijk van de opname van de wikkelingen van de autotransformator, kan een toename of afname van de spanning optreden.

Rijst.1 Schema's van enkelfasige spaartransformatoren: a-step-down, b-step-up.

Sluit je een wisselspanningsbron aan op de punten A en X, dan ontstaat er een wisselende magnetische flux in de kern. In elk van de windingen van de spoel wordt een EMF van dezelfde grootte geïnduceerd. Vanzelfsprekend zal er tussen de punten a en X een EMF zijn die gelijk is aan de EMF van één draai maal het aantal gesloten windingen tussen de punten a en X.

Als je op de punten a en X een willekeurige belasting aan de spoel bevestigt, dan zal de secundaire stroom I2 door een deel van de spoel gaan en tussen de punten a en X. Maar aangezien de primaire stroom door dezelfde windingen I1 gaat, dan zijn de twee stromen zal geometrisch optellen en er zal een zeer kleine hoeveelheid stroom langs de sectie aX vloeien, bepaald door het verschil tussen deze stromen. Hierdoor kan een deel van de wikkeling worden afgesneden van dunne draad om koper te besparen. Als we bedenken dat dit gedeelte het grootste deel van alle beurten uitmaakt, dan valt de kopereconomie erg op.

Het is dus raadzaam om autotransformatoren te gebruiken om de spanning iets te verlagen of te verhogen, wanneer een verminderde stroom wordt ingesteld in het wikkelgedeelte, wat gemeenschappelijk is voor beide circuits van de autotransformator, wat het mogelijk maakt om met een dunnere draad te doen en non-ferro te besparen metalen. Tegelijkertijd neemt het verbruik van staal voor de productie van een magnetisch circuit af, waarvan de doorsnede kleiner is dan die van een transformator.

In elektromagnetische energieomzetters - transformatoren - wordt de overdracht van energie van de ene spoel naar de andere uitgevoerd door een magnetisch veld, waarvan de energie geconcentreerd is in het magnetische circuit.In autotransformatoren wordt energie zowel via een magnetisch veld als via een elektrische verbinding tussen de primaire en secundaire wikkelingen overgedragen.

Transformator en autotransformator

Autotransformatoren concurreren met succes met transformatoren met twee wikkelingen wanneer hun transformatieverhouding enigszins afwijkt van de eenheid en meer is dan 1,5 - 2. Wanneer de transformatieverhouding hoger is dan 3, zijn autotransformatoren niet gerechtvaardigd.

Structureel verschillen autotransformatoren praktisch niet van transformatoren. Er zijn twee spoelen op de kernen van het magnetische circuit. De kabels zijn afkomstig van twee wikkelingen en een gemeenschappelijk punt.De meeste autotransformatoronderdelen zijn structureel niet te onderscheiden van transformatoronderdelen.

Laboratoriumautotransformatoren (LATR)

Autotransformatoren worden ook gebruikt in laagspanningsnetwerken als laboratoriumspanningsregelaars met laag vermogen (LATR's). In dergelijke autotransformatoren wordt spanningsregeling uitgevoerd door het sleepcontact langs de windingen van de wikkeling te bewegen.

Laboratoriumgestuurde eenfasige autotransformatoren bestaan ​​uit een ringvormig ferromagnetisch magnetisch circuit omwikkeld met een enkele laag geïsoleerd koperdraad (fig. 2).

Van deze wikkeling worden verschillende constante tikken gemaakt, waardoor deze apparaten kunnen worden gebruikt als step-down of step-up autotransformatoren met een bepaalde constante transformatieverhouding. Bovendien is er op het oppervlak van de spoel, ontdaan van isolatie, een smal pad waarlangs het contact van de borstel of roller beweegt om een ​​continu instelbare secundaire spanning te verkrijgen van nul tot 250 V.

Wanneer aangrenzende windingen in LATR zijn gesloten, vindt er geen sluiting van de bocht plaats omdat de lijn- en belastingstromen in de gecombineerde wikkeling van de autotransformator dicht bij elkaar en in tegengestelde richtingen zijn.

Laboratoriumautotransformatoren worden geproduceerd met een nominaal vermogen van 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Schema van een laboratoriumgestuurde enkelfasige autotransformator

Laboratorium autotransformator (LATR)

Driefasige autotransformatoren

Samen met enkelfasige autotransformatoren met twee wikkelingen, worden vaak driefasige autotransformatoren met twee wikkelingen en driefasige autotransformatoren met drie wikkelingen gebruikt.

In driefasige autotransformatoren zijn de fasen meestal verbonden in een ster met een puntig neutraal punt (figuur 3). Als het nodig is om de spanning te verlagen, wordt elektrische energie geleverd aan de klemmen A, B, C en onttrokken aan de klemmen a, b, s, en met een toename van de spanning - vice versa. Ze worden gebruikt als spanningsreductieapparaten bij het starten van krachtige motoren, maar ook voor stapsgewijze regeling van klemspanning. verwarmingselementen elektrische ovens.

Rijst. 3. Schema van een driefasige autotransformator met een sterverbinding van de wikkelfasen met het neutrale punt verwijderd

Driefasige hoogspanningstransformatoren met drie wikkelingen worden ook gebruikt in elektrische hoogspanningsnetwerken.

Driefasige autotransformatoren zijn in de regel aan de kant van hogere spanning verbonden in een ster met een neutrale draad. De sterverbinding zorgt voor de spanningsval waarvoor de isolatie van de autotransformator is ontworpen.

Het gebruik van autotransformatoren verbetert de efficiëntie van energiesystemen, verlaagt de energietransmissiekosten, maar leidt tot een toename van kortsluitstromen.

Nadelen van autotransformatoren

Het nadeel van de autotransformator is de noodzaak om de twee wikkelingen te isoleren voor hogere spanning, aangezien de wikkelingen elektrisch zijn verbonden.

Een belangrijk nadeel van autotransformatoren is de galvanische verbinding tussen de primaire en secundaire circuits, waardoor ze niet kunnen worden gebruikt als feeders in 6-10 kV-netwerken wanneer de spanning daalt tot 0,38 kV, aangezien 380 V wordt geleverd aan de apparatuur waarop mensen werken.

Bij storingen door de aanwezigheid van een elektrische verbinding tussen de wikkelingen in de autotransformator kan de hogere spanning op de onderste wikkeling worden gezet. In dit geval zullen alle delen van de operationele installatie worden aangesloten op het hoogspanningsdeel, wat niet is toegestaan ​​vanwege onderhoudsveiligheid en de mogelijkheid om de isolatie van de geleidende delen van de aangesloten elektrische apparatuur te verbreken.

Autotransformatoren met hoog voltage