Автотрансформатор - Autotransformer

Однофазный автотрансформатор с ответвлениями с диапазоном выходного напряжения 40% –115% входного

An автотрансформатор это электрический трансформатор только с одним обмотка. "авто Префикс "(греч." Я ") относится к одиночной катушке, действующей в одиночку, а не к какому-либо автоматический механизм. В автотрансформаторе части одной и той же обмотки действуют как первичная обмотка и вторичная обмотка стороны трансформатора. Напротив, у обычного трансформатора есть отдельные первичная и вторичная обмотки, которые не соединены друг с другом.

Обмотка автотрансформатора имеет не менее трех краны где производятся электрические соединения. Поскольку часть обмотки выполняет "двойную работу", автотрансформаторы часто имеют меньшие размеры, легче и дешевле, чем типичные двухобмоточные трансформаторы, но недостатком является отсутствие электрическая изоляция между первичным и вторичным контурами. К другим преимуществам автотрансформаторов можно отнести более низкую утечка реактивное сопротивление, меньшие потери, меньший ток возбуждения и повышенная номинальная мощность в ВА для данного размера и массы.[1]

Примером применения автотрансформатора является один из типов преобразователя напряжения путешественника, который позволяет использовать устройства на 230 В в цепях питания на 120 В или наоборот. Автотрансформатор с несколькими ответвлениями может применяться для регулировки напряжения в конце длинной распределительной цепи для коррекции избыточного падения напряжения; при автоматическом управлении это один из примеров регулятор напряжения.

Операция

Автотрансформатор имеет одну обмотку с двумя концевыми выводами и одним или несколькими выводами в промежуточных точках отвода. Это трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки имеют общие части витков. Часть обмотки, совместно используемая как первичной, так и вторичной обмоткой, может быть и часто называется «общей секцией». Часть обмотки, которая не используется как первичной, так и вторичной обмоткой, может быть и часто называется «последовательной секцией». Первичное напряжение подается на две клеммы. Вторичное напряжение снимается с двух выводов, один вывод из которых обычно является общим с выводом первичного напряжения.[2]

Поскольку вольты на виток одинаковы в обеих обмотках, каждая из них развивает напряжение, пропорциональное количеству витков. В автотрансформаторе часть выходного тока протекает непосредственно от входа к выходу (через последовательную секцию), и только часть передается индуктивно (через общую секцию), что позволяет использовать меньший, более легкий и дешевый сердечник. поскольку требуется только одна обмотка.[3] Однако соотношение напряжения и тока автотрансформаторов можно сформулировать так же, как и у других двухобмоточных трансформаторов:[1]

(0<V2<V1)

Ампер-витки, обеспечиваемые последовательным участком обмотки:

Ампер-витки, обеспечиваемые общим участком обмотки:

Для ампер-витого баланса FS = FC:

Следовательно:

Один конец обмотки обычно подключается одновременно к обоим источник напряжения и электрическая нагрузка. Другой конец источника и нагрузки подключаются к отводам по обмотке. Разные отводы обмотки соответствуют разным напряжениям, измеренным с общего конца. В понижающем трансформаторе источник обычно подключается ко всей обмотке, а нагрузка подключается с помощью ответвления только на ее части. В повышающем трансформаторе, наоборот, нагрузка подключается ко всей обмотке, а источник подключается к отводу на участке обмотки. Для повышающего трансформатора индексы в приведенных выше уравнениях поменяны местами, где в этой ситуации N2 и V2 больше, чем N1 и V1, соответственно.

Как и в двухобмоточном трансформаторе, отношение вторичного напряжения к первичному равно отношению количества витков обмотки, к которой они подключаются. Например, подключение нагрузки между серединой обмотки и концом общего вывода обмотки автотрансформатора приведет к тому, что выходное напряжение нагрузки составит 50% от первичного напряжения. В зависимости от применения, та часть обмотки, которая используется только в части с более высоким напряжением (с меньшим током), может быть намотана проводом меньшего калибра, хотя вся обмотка подключается напрямую.

Если один из отводов используется для заземления, то автотрансформатор можно использовать как балун преобразовать сбалансированная линия (подключен к двум концевым отводам) к несбалансированная линия (сторона с землей).

Ограничения

Автотрансформатор не обеспечивает гальванической развязки между обмотками, как это делает обычный трансформатор; если нейтральный сторона входа не находится под напряжением заземления, нейтральная сторона выхода также не будет. Нарушение изоляции обмоток автотрансформатора может привести к полному вводу. Напряжение применяется к выходу. Кроме того, обрыв в части обмотки, которая используется как первичная, так и вторичная, приведет к тому, что трансформатор будет действовать как индуктор последовательно с нагрузкой (что в условиях небольшой нагрузки может привести к приложению почти полного входного напряжения на выходе ). Это важные соображения безопасности при принятии решения об использовании автотрансформатора в конкретном приложении.[4]

Поскольку для этого требуется меньше обмоток и сердечник меньшего размера, автотрансформатор для силовых применений обычно легче и дешевле, чем двухобмоточный трансформатор, с соотношением напряжений примерно 3: 1; за пределами этого диапазона двухобмоточный трансформатор обычно более экономичен. [4]

В трехфазный В приложениях для передачи энергии автотрансформаторы имеют ограничения, не подавляющие гармонический токи и как еще один источник замыкание на землю токи. Большой трехфазный автотрансформатор может иметь "скрытую" обмотку треугольником, не подключенную к внешней стороне резервуара, для поглощения некоторых гармонических токов.[4]

На практике потери означают, что и стандартные трансформаторы, и автотрансформаторы не являются полностью обратимыми; один, предназначенный для понижения напряжения, будет обеспечивать немного меньшее напряжение, чем требуется, если он используется для повышения.[нужна цитата ] Разница обычно достаточно мала, чтобы можно было изменить направление, когда фактический уровень напряжения не является критическим.

Как и многообмоточные трансформаторы, автотрансформаторы используют переменные во времени. магнитные поля передать власть. Они требуют переменные токи работать должным образом и не будет работать постоянный ток. Поскольку первичная и вторичная обмотки электрически соединены, автотрансформатор позволяет току течь между обмотками и, следовательно, не обеспечивает изоляцию по переменному или постоянному току.

Приложения

Передача и распределение электроэнергии

Автотрансформаторы часто используются в мощность приложения для соединения систем, работающих на различных классах напряжения, например от 132 кВ до 66 кВ для передачи. Другое применение в промышленности - адаптировать оборудование, построенное (например) для источников питания 480 В, для работы от источника питания 600 В. Они также часто используются для обеспечения преобразования между двумя распространенными в мире диапазонами напряжения домашней сети (100–130 В и 200–250 В). Линии между УК 400 кВ и 275 кВ 'Супер сетка Сети обычно представляют собой трехфазные автотрансформаторы с ответвлениями на общем нейтральном конце.

На протяженных сельских ЛЭП устанавливаются специальные автотрансформаторы с автоматическим переключением ответвлений. регуляторы напряжения, так что потребители на дальнем конце линии получают такое же среднее напряжение, как и потребители, находящиеся ближе к источнику. Переменное передаточное число автотрансформатора компенсирует падение напряжения вдоль линии.

Особая форма автотрансформатора называется зигзаг используется для предоставления заземление в трехфазных системах, которые иначе не имеют заземления. А зигзагообразный трансформатор обеспечивает путь для тока, который является общим для всех трех фаз (так называемый нулевая последовательность Текущий).

Аудио система

В аудиоприложениях автотрансформаторы с ответвлениями используются для адаптации динамиков к системам распределения звука с постоянным напряжением, а также для согласование импеданса например, между микрофоном с низким сопротивлением и входом усилителя с высоким сопротивлением.

Железнодорожные пути

Основная статья: Электрификация железных дорог переменного тока 25 кВ

В железнодорожных приложениях обычно приводятся в действие напряжением 25 кВ переменного тока. Для увеличения расстояния между точками подачи электроэнергии в сеть они могут быть устроены для подачи расщепленной фазы 25-0-25 кВ с третьим проводом (противофазный) вне досягаемости пантографа верхнего коллектора поезда. Точка питания 0 В подключена к рельсу, а одна точка 25 кВ подключена к воздушному контактному проводу. Через частые (около 10 км) интервалы автотрансформатор подключает контактный провод к рельсу и второму (противофазному) питающему проводу. Эта система увеличивает используемое расстояние передачи, снижает наведенные помехи на внешнее оборудование и снижает стоимость. Иногда встречается вариант, когда питающий провод находится под напряжением, отличным от напряжения контактного провода, при этом коэффициент автотрансформатора изменяется в соответствии с требованиями.[5]

Автотрансформаторный пускатель

Автотрансформаторы можно использовать как метод мягкий пуск асинхронные двигатели. Одна из известных конструкций таких стартеров - Корндёрфер стартер и Детекторы рентгеновского излучения.

Регулируемые автотрансформаторы

Регулируемый автотрансформатор с вторичным соединением скользящей щетки и тороидальным сердечником. Крышка была снята, чтобы показать медные обмотки и щетку.
Переменный трансформатор - часть Tektronix 576 Curve Tracer

Открыв часть катушек обмотки и подключив вторичную обмотку через скользящую щетка можно получить плавно регулируемое соотношение витков, что позволяет очень плавно регулировать выходное напряжение. Выходное напряжение не ограничивается дискретными напряжениями, представленными фактическим числом витков. Напряжение можно плавно изменять между витками, поскольку щетка имеет относительно высокое сопротивление (по сравнению с металлическим контактом), а фактическое выходное напряжение является функцией относительной площади контакта щетки с соседними обмотками.[6] Относительно высокое сопротивление щетки также не позволяет ей действовать как короткозамкнутый виток при контакте с двумя соседними витками. Обычно первичное соединение подключается только к части обмотки, позволяя плавно изменять выходное напряжение от нуля до превышения входного напряжения, что позволяет использовать устройство для тестирования электрического оборудования в пределах указанного диапазона напряжений.

Регулировка выходного напряжения может быть ручной или автоматической. Ручной тип применим только для относительно низкого напряжения и известен как переменный трансформатор переменного тока (часто именуемый торговой маркой Variac). Они часто используются в ремонтных мастерских для тестирования устройств при различных напряжениях или для моделирования аномальных линейных напряжений.

Тип с автоматической регулировкой напряжения может использоваться как автоматический регулятор напряжения, чтобы поддерживать стабильное напряжение в обслуживании клиентов в широком диапазоне условий линии и нагрузки. Другое применение - освещение диммер это не производит EMI типично для большинства тиристор диммеры.

Торговая марка Variac

С 1934 по 2002 гг. Вариак был товарным знаком США Общее радио для регулируемого автотрансформатора, предназначенного для удобного изменения выходного напряжения для получения постоянного входного переменного напряжения. В 2004 году компания Instrument Service Equipment подала заявку и получила Вариак товарный знак для однотипного товара.[7]Instrument Service & Equipment сохраняет за собой все права на использование товарного знака VARIAC для переменных трансформаторов и связанных устройств.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Сен, П. С. (1997). Принципы электрических машин и силовой электроники. Джон Вили и сыновья. п. 64. ISBN  0471022950.
  2. ^ Пансини, Энтони Дж. (1999). Электрические трансформаторы и силовое оборудование (3-е изд.). Fairmont Press. С. 89–91. ISBN  9780881733112.
  3. ^ «Коммерческий сайт, объясняющий, почему автотрансформаторы меньше». Архивировано из оригинал на 2013-09-20. Получено 2013-09-19.
  4. ^ а б c Финк, Дональд Г.; Бити, Х. Уэйн (1978). Стандартное руководство для инженеров-электриков (Одиннадцатое изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 10-44, 10-45, 17-39. ISBN  0-07-020974-X.
  5. ^ Fahrleitungen elektrischer Bahnen [Контактные линии для электрических железных дорог] (на немецком). Штутгарт: BG Teubner-Verlag. 1997. стр. 672. ISBN  9783519061779. Английское издание "Contact Lines for Electric Railways", похоже, больше не издается. Этот текст отраслевого стандарта описывает различные принципы электрификации Европы. Соответствующие международные железнодорожные стандарты на английском языке можно найти на веб-сайте МСЖД в Париже. По американским железным дорогам, похоже, не существует сопоставимых публикаций, вероятно, из-за нехватки электрифицированных сооружений там.
  6. ^ Бакши, М. В .; Бакши, У. Электрические машины - I. Пуна: Технические публикации. п. 330. ISBN  81-8431-009-9.
  7. ^ http://tsdr.uspto.gov/#caseNumber=76573123&caseType=SERIAL_NO&searchType=documentSearch

дальнейшее чтение

  • Крофт, Террелл; Саммерс, Уилфорд, ред. (1987). Справочник американских электриков (Одиннадцатое изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN  0-07-013932-6.