А?втотрансформа?тор
? вариант исполнения
трансформатора
, первичная и вторичная обмотки которого объединены в одну общую обмотку и имеют не только магнитную связь, но и электрическую
[1]
.
Преимуществом автотрансформатора является более высокий
КПД
, поскольку лишь часть
мощности
подвергается преобразованию через индуктивную связь ? это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения различаются незначительно.
Недостатком является отсутствие
гальванической развязки
между первичной и вторичной цепью. В автотрансформаторе вторичная обмотка является частью первичной обмотки и имеет непосредственный электрический контакт с сетью. Потенциально это несёт в себе риски: при нарушении режимов работы или аварии на одной стороне произойдет нарушение работы и/или авария на другой стороне. Например, при замыкании на землю одной из линий высокого напряжения на землю линия низкого напряжения получает потенциал высокого относительно земли. То есть в описанном случае потребители на стороне
6 кВ
могут оказаться под напряжением
10 кВ
по отношению к земле. У автотрансформаторов большие токи короткого замыкания и механические усилия в обмотках в режимах короткого замыкания, что негативно влияет на надежность. Также при проектировании защит требуется учитывать значения токов короткого замыкания. В схеме соединения типа звезда, что характерно для автотрансформатора, высшие гармоники могут увеличивать потери и ускорять старение изоляции.
Распространены
аббревиатуры
:
- ЛАТР
?
л
абораторный
а
вто
т
рансформатор
р
егулируемый.
- РНО
?
р
егулятор
н
апряжения
о
днофазный.
- РНТ
?
р
егулятор
н
апряжения
т
рёхфазный.
Принцип работы автотрансформатора
[
править
|
править код
]
Рассмотрим схему, в которой источник электрической энергии (
сеть переменного тока
) подключен к
обмотке
автотрансформатора, имеющей
витков, а потребитель ? к некоторой части витков этой обмотки
При прохождении
переменного тока
по обмотке автотрансформатора возникает переменный
магнитный поток
,
индуцирующий
в этой обмотке
электродвижущую силу
, величина которой прямо пропорциональна числу витков обмотки.
Во всей обмотке автотрансформатора, имеющей число витков
индуцируется электродвижущая сила
в части этой обмотки, имеющей число витков
индуцируется электродвижущая сила
Соотношение величин этих
ЭДС
выглядит так:
где
носит название
коэффициента трансформации
.
Так как падение
напряжения
в
активном сопротивлении
обмотки автотрансформатора относительно мало, то им практически можно пренебречь и считать справедливым равенство:
- и
- где
? напряжение источника электрической энергии, поданное на всю обмотку автотрансформатора, имеющую число витков
- ? напряжение, подаваемое к потребителю электрической энергии, снимаемое с той части обмотки автотрансформатора, которая обладает количеством витков
Следовательно,
Напряжение
приложенное со стороны источника электрической энергии ко всем виткам
обмотки автотрансформатора, во столько раз больше напряжения
снимаемого с части обмотки, обладающей числом витков
во сколько раз число витков
больше числа витков
Если к автотрансформатору подключен потребитель электрической энергии, то под влиянием напряжения
в нём возникает
электрический ток
, действующее значение которого обозначим как
Соответственно в первичной цепи автотрансформатора будет ток, действующее значение которого обозначим как
Однако ток в верхней части обмотки автотрансформатора, имеющей число витков
будет отличаться от тока в нижней её части, имеющей количество витков
Это объясняется тем, что в верхней части обмотки протекает только ток
а в нижней части ? некоторый результирующий ток, представляющий собой разность токов
и
Дело в том, что согласно
правилу Ленца
индуцированное
электрическое поле
в обмотке автотрансформатора
направлено навстречу электрическому полю, созданному в ней источником электрической энергии. Поэтому токи
и
в нижней части обмотки автотрансформатора направлены навстречу друг другу, то есть находятся в противофазе.
Сами токи
и
как и в обычном трансформаторе, связаны соотношением:
- или
Так как в понижающем трансформаторе
то
и результирующий ток
в нижней обмотке автотрансформатора равен
Следовательно, в той части обмотки автотрансформатора, с которой подаётся напряжение на потребитель, ток
значительно меньше
тока в потребителе, то есть
Это позволяет значительно снизить расход энергии в обмотке автотрансформатора на нагрев её проволоки (См.
Закон Джоуля ? Ленца
) и применить провод меньшего сечения, то есть снизить расход цветного металла и уменьшить вес и габариты автотрансформатора.
Если автотрансформатор повышающий, то напряжение со стороны источника электрической энергии подводится к части витков обмотки трансформатора
а на потребитель подводится напряжение со всех его витков
Применение автотрансформаторов
[
править
|
править код
]
Бытовой автотрансформатор, СССР, 1960-е ? 1970-е годы. Напряжение плавно регулировалось перемещением ≪ползунка≫ на верхней панели, контроль по показаниям
вольтметра
.
Регулировочный автотрансформатор. Защитный кожух снят. Сзади видна снятая верхняя панель со шкалой, деления на которой показывают выходное напряжение.
Автотрансформаторы применяются в телефонных аппаратах, радиотехнических устройствах, для питания
выпрямителей
и т. д. Достаточно широкое применение регулируемые (регулировочные, лабораторные) автотрансформаторы получили в СССР для ручной регулировки питающего напряжения ламповых телевизоров. Причиной этому было то, что в электросетях нередко наблюдалось повышенное или пониженное напряжение, что приводило к нарушению нормальной работы телевизора и даже могло вызвать его повреждение.
В дальнейшем для этой задачи более эффективно применялись автоматические
феррорезонансные стабилизаторы
. В последующих моделях телевизоров (
УСЦТ
и др.), вместо силового трансформатора стал применяться импульсный блок питания, что сделало использование внешних стабилизаторов напряжения излишним.
Электрификация железных дорог по системе 2×25 кВ
[
править
|
править код
]
В СССР (и на постсоветском пространстве) часть
железных дорог
электрифицирована
на
переменном токе
25
киловольт
,
частотой
50
Герц
. С
тяговой подстанции
в
контактный провод
подаётся
высокое напряжение
[2]
, обратным проводом служит
рельс
. Однако, на малонаселённых территориях нет возможности часто располагать тяговые подстанции
(к тому же трудно найти квалифицированный персонал для их обслуживания, а также создать для людей должные жилищно-бытовые условия)
.
Для малонаселённых территорий разработана
система электрификации
2×25 кВ
(два по двадцать пять киловольт)
.
На опорах контактной сети (сбоку от железнодорожного полотна и контактного провода) натянут специальный
питающий провод
, в который подаётся напряжение
50 кВ
от тяговой подстанции. На
железнодорожных станциях
(или на перегонах) установлены малообслуживаемые понижающие автотрансформаторы, вывод обмотки
подключён к питающему проводу, а вывод обмотки
? к контактному проводу. Общим (обратным) проводом является рельс. На контактный провод подаётся половинное напряжение от
50 кВ,
то есть
25 кВ
[3]
.
Данная система позволяет реже строить тяговые подстанции,
а также уменьшаются тепловые потери
.
Электровозы
и
электропоезда
переменного тока в переделке не нуждаются.
- ↑
Большая советская энциклопедия: [в 51 т.] / гл. ред. С. И. Вавилов. ? 2-е. ?
М.
: Советская энциклопедия, 1949?1958. ? Т. 1. ? С. 284.
- ↑
Как правило, подаётся несколько выше 25 киловольт, обычно 27?27,5; с учётом потерь.
- ↑
Как правило, подаётся несколько выше 50 киловольт, обычно 55; с учётом потерь, чтобы на контактном проводе было 27,5 кВ.
Ссылки на внешние ресурсы
|
---|
| |
---|