Устройство автотрансформатора

Размещено на http://allbest.ru

Устройство автотрансформатора

В общем случае любые трансформаторы применяются в электрических сетях для изменения величины напряжения. Так при передаче электроэнергии на большие расстояния повышение напряжения снижает потери энергии на активном сопротивлении передачи пропорционально квадрату значения рабочего напряжения.

Поэтому напряжение генератора электростанции повышают в 10 -- 15 раз передают по ЛЭП, а потом на месте снижают последовательно по ступеням для питания местных распределительных сетей различных напряжений. Все подобные преобразования напряжения из одного значения в другое осуществляют при помощи трансформаторов и их разновидностью -- автотрансформаторов.

Главное отличие автотрансформатора от обычного трансформатора состоит в том, что две его обмотки обязательно имеют между собой электрическую связь, они наматываются на одном стержне, мощность передается между обмотками комбинированным способом -- путем электромагнитной индукции и электрического соединения.

Это снижает габариты и стоимость машины (причины и расчет этого факта приведены ниже).

Автотрансформатор может быть сделан двухобмоточным и многообмоточным, в каждой из этих модификаций автотрансформаторов обязательно присутствуют обмотки ВН (высшего напряжения -- вход) и СН (среднего напряжения -- выход), электрически соединенные между собой. В многообмоточных моделях имеется еще одна или несколько обмоток НН (низкого напряжения), которая имеет с первыми двумя только индуктивную электромагнитную связь.

В трехфазном автотрансформаторе обмотки ВН и СН соединяются в звезду с глухозаземленной нейтралью U₀ (точка 0 на рис. 1), а обмотки НН обязательно соединены в треугольник N.

По рисунку 1 видно, что обмотка ВН включает в себя общую обмотку ОА_m, которая, собственно, и составляет обмотку СН, и последовательной обмотки А_mА.

Рис. 1. Обмотки автотрансформатора: 1-- трехфазного; 2-- однофазного

Распределение токов, в работающем автотрансформаторе в режиме номинальной нагрузки, между обмотками неодинаково.

В последовательной обмотке А_mА проходит ток нагрузки ВН -- I_А. По закону электромагнитной индукции в сердечнике автотрансформатора создается магнитный поток, который индуктирует в обмотке СН ток I_Am.

Таким образом, ток общей обмотки СН образован суммой токов последовательной обмотки I_А с электрической связью (ВН и СН), и тока I_Am, по магнитной связи этих же обмоток --

I_СН=I_А+I_Am.

Значение мощности на выходе автотрансформатора равно мощности на его входе. При отсутствии обмотки НН, мощность ВН равна мощности СН, это и есть номинальная мощность S_ном автотрансформатора по электрической связи. Она равна произведению номинального напряжения обмотки ВН U_ВН, на номинальный ток I_ВН последовательной обмотки.

Рассчитывают еще и типовую мощность автотрансформатора называют, которая составляет часть номинальной мощности, передаваемой электромагнитным путем.

S_т=S_ном*а_в,

где а_в=1-U_СН/U_ВН -- коэффициент выгодности автотрансформатора.

Он определяет долю типовой мощности в составе номинальной, чем она меньше, тем меньше габариты и сечения сердечника (магнитопровода) и обмоток автотрансформатора, которые рассчитываются исходя не из полной номинальной, а только из её части -- типовой мощности. Поэтому изготовление автотрансформаторов значительно дешевле, чем обычных трансформаторов такой же мощности.

Мощность на общей обмотке является одним из главных параметров, которые нужно контролировать при работе автотрансформатора, превышение её в длительном режиме недопустимо.

На рисунке 1 показаны варианты подключения амперметра для измерения нагрузки на общей обмотке при трехфазном и однофазном варианте автотрансформатора.

Чем меньше коэффициент трансформации (чем ближе значения U_СН и U_ВН), тем выгоднее использование автотрансформаторов и дешевле их изготовление.

Еще одним большим достоинством автотрансформаторов можно назвать возможность регулирования напряжения под нагрузкой без прерывания питания потребителей.

Для большинства автотрансформаторов используется способ переключения ответвлений регулировочной обмотки. Эти регулировочные ответвления берутся от менее нагруженной обмотки ВН, особые устройства -- переключатели ответвлений изменяют число включенных в работу витков, тем самым увеличивая или уменьшая коэффициент трансформации и напряжение выхода.

Такое регулирование возможно в ручном и автоматическом режимах (при помощи следящих систем с обратной связью, это делает автотрансформатор стабилизатором напряжения). Требования к качеству выходного напряжения для питания потребителей обуславливают применение и важность таких устрйств.

Рис. 2

электроэнергия автотрансформатор магнитный

На рисунке 2 показаны схемы регулирования напряжения выхода А_mна автотрансформаторе на стороне ВН (1) и на стороне СН (2). Таковы устройство и принципы работы автотрансформаторов.

Размещено на Allbest.ru