Каталог статей Принципы действия устройств Трансформаторы Поиск по тегам : трансформаторы, конструкция трансформатора, магнитопровод, обмотки трансформатора, вводы трансформаторов, схемы обмоток трансформатора |
Автотрансформаторы |
Страница 1 из 2
Автотрансформаторы Основные соотношения для автотрансформаторов Автотрансформатором называется трансформатор, у которого имеется электрическая связь между обмотками (рис. 1); при этом обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения. Вследствие такой связи мощность из первичной сети во вторичную передается не только за счет магнитной связи обмоток, но и электрическим путем.
Основные соотношения для трансформатора сохраняются и для автотрансформатора. Так, отношение напряжений равно U1/ U2 = UВН/ UНН = ω1/ ω2=n, а отношение токов I1/ I2 = IВН/ IНН = ω1/ ω2=1/n, где ω1 - полное число витков обмотки (между точками А и X); ω2 - число витков части обмотки, находящейся между точками а и X (или а и х). Рабочий магнитный поток в автотрансформаторе создается совместным действием первичного и вторичного токов:
Так как U1≈E1 то при U1 = const ЭДС E1, магнитный поток и ток I12 в автотрансформаторе, как и в трансформаторе, при изменении его нагрузки от холостого хода до номинальной практически остаются неизменными. Если пренебречь током I12 (вследствие малости), то из (1) получим
откуда следует, что токи I1 и I2 находятся в противофазе. Поэтому ток ΔI в общей части обмотки (участок аХ) равен арифметической разности этих токов. Так как для понижающего автотрансформатора I2 > I1, то
При n<2 ток ΔI будет меньше тока I1, что позволяет общую часть обмотки (участок аХ) выполнять из более тонких проводников. Части обмотки Аа и аХ связаны между собой магнитно. Мощность, передаваемая от одной части обмотки (Аа) в другую (аХ) электромагнитным путем, является расчетной или типовой для обмоток автотрансформатора и согласно рис. 1 или 2 равна: для участка Аа
для участка аХ
Суммарная (проходная) мощность, забираемая автотрансформатором из сети, равна Sпр1= I1U1, а отдаваемая мощность составляет Sпр2= I2U2. Пренебрегая потерями, принимаем Sр1 = Sр2= Sр и Sпр1 = Sпр2= Sпр. Габариты и масса автотрансформатора определяются исходя из расчетной мощности. Проходная мощность Sпр больше, чем расчетная Sр. Разность этих мощностей •( Sпр - Sр) передается из первичной цепи во вторичную электрическим путем вследствие электрической связи между этими цепями. За номинальную мощность автотрансформатора принимают проходную мощность. По сравнению с двухобмоточным трансформатором автотрансформатор при одной и той же номинальной мощности имеет меньшие габариты и массу. Связано это с тем, что в трансформаторах вся мощность от одной обмотки к другой передается электромагнитным путем, поэтому его габариты, и масса определяются номинальной мощностью, в то время как габариты и масса автотрансформатора зависят от расчетной мощности, которая является только частью его номинальной мощности. Расчетные мощности автотрансформатора и трансформатора связаны соотношением
где kтип - коэффициент типовой мощности. Согласно (6) различие в расчетных мощностях и, следовательно, в габаритах автотрансформатора и трансформатора тем сильнее, чем ближе к единице коэффициент трансформации п автотрансформатора. Поэтому автотрансформаторы обычно выполняют с п≤2,5. Снижение габаритных размеров и массы автотрансформатора происходит за счет уменьшения расхода как обмоточного провода, так и стали. Расход обмоточного провода уменьшается вследствие объединения обмоток НН и ВН, а также из-за уменьшения сечения проводников общей части обмотки (участок аХ). С уменьшением массы провода уменьшается пространство, необходимое для размещения обмотки в окне магнитной системы; это позволяет уменьшить или высоту стержней, или длину ярм, а следовательно, сократить расход стали на изготовление автотрансформатора. Снижение массы активных материалов приводит к уменьшению электрических и магнитных потерь. Поэтому при одинаковой номинальной мощности КПД автотрансформатора всегда выше, чем трансформатора. Недостатком автотрансформаторов является то, что у них вследствие электрической связи вторичной и первичной цепей изоляция обмоток должна выбираться исходя из высшего напряжения. Другой недостаток автотрасформаторов по сравнению с трансформаторами заключается в том, что они имеют большой ток короткого замыкания. Происходит это потому, что ток короткого замыкания в автотрансформаторе ограничивается сопротивлением не всей обмотки, а только ее части Аа (рис. 2), тогда как в трансформаторах ток короткого замыкания ограничивается сопротивлением ZK, равным сумме сопротивлений двух обмоток. Кроме того, поскольку при коротком замыкании часть обмотки аХ оказывается замкнутой накоротко, все первичное напряжение будет приложено к части Аа, вследствие чего резко увеличатся магнитный поток и насыщение магнитопровода. При этом намагничивающий ток будет в несколько раз превышать номинальный ток обмотки. Это приводит к еще большему увеличению тока короткого замыкания в автотрансформаторе. |