Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

S rozvojem energie a souvisejících elektrických sítí pro přenos střídavého proudu jako zdroje energie pro různá zařízení vzniká potřeba zařízení, která mění hodnotu napětí. Taková univerzální elektromagnetická zařízení, která umožňují zvýšit nebo snížit počáteční napětí na požadovanou hodnotu, jsou transformátory.

Postupem času, aby se zajistila stabilní činnost elektrických spotřebičů, zejména pro domácí použití, byla potřeba hladká regulace napětí. Toto stalo se možné poté, co autotransformer byl vynalezen - zařízení ve kterém sekundární vinutí je integrální část primárních otočení.

Co je to autotransformer?

Ze školního kurzu fyziky je známo, že nejjednodušší transformátor se skládá ze dvou cívek navinutých na železných jádrech. Magnetické pole střídavého proudu, napájené přes svorky primárních vinutí, excituje elektromagnetické kmity ve druhé cívce s podobnou frekvencí.

Při připojování zátěže na svorky pracovního vinutí tvoří sekundární okruh, ve kterém dochází k elektrickému proudu. V tomto případě je napětí ve vytvořeném elektrickém obvodu přímo úměrné počtu otáček vinutí. To je: U 1 / U 2 = w 1 / w 2, kde U 1, U 2 - napětí a w 1, w 2 - počet plných otáček v odpovídajících cívkách.

Obrázek 1. Schéma běžného transformátoru a autotransformátoru

Autotransformátor je mírně odlišný. Ve skutečnosti sestává z jediného vinutí, z něhož je vytvořen jeden nebo více kohoutků, které tvoří sekundární závity. V tomto případě tvoří všechna vinutí nejen elektrická, ale také magnetická spojka. Proto při použití elektrické energie na vstup autotransformátoru dochází k magnetickému toku, jehož působení je indukováno v navíjení zátěže. Velikost elektromotorické síly je přímo úměrná počtu otáček, které tvoří zátěžové vinutí, ze kterého je napětí uvolňováno.

Výše uvedený vzorec tedy platí pro autotransformátor.

Z hlavního vinutí můžete odklonit velké množství závěrů, což umožňuje vytvořit kombinace pro odstranění různých napětí. To je v praxi velmi výhodné, protože snížení napětí je často vyžadováno pro napájení několika sad elektrických spotřebičů používajících různá napětí.

Rozdíl autotransformátoru od obvyklého transformátoru

Jak je patrné z popisu autotransformátoru, jeho hlavním rozdílem od obvyklého transformátoru je absence druhé cívky s jádrem. Úloha sekundárních vinutí se provádí samostatnými skupinami závitů s galvanickým spojením. Tyto skupiny nevyžadují samostatnou elektrickou izolaci.

Toto zařízení má určité výhody:

  • snížení spotřeby neželezných kovů používaných při výrobě těchto zařízení;
  • energie je přenášena elektromagnetickým polem vstupního proudu a elektrickým spojením mezi vinutími. V důsledku toho jsou ztráty energie nižší, proto mají autotransformátory vyšší účinnost;
  • malá hmotnost a kompaktní rozměry.

Navzdory strukturálním rozdílům zůstává princip fungování těchto dvou typů výrobků nezměněn. Volba typu transformátoru závisí především na cílech a úkolech, které musí být řešeny v elektrotechnice.

Typy autotransformátorů

V závislosti na tom, které sítě (jednofázové nebo třífázové) chcete změnit napětí, použijte příslušný typ autotransformátoru. Jsou jednofázové nebo třífázové. Chcete-li transformovat proud ze tří fází, můžete nainstalovat tři autotransformátory určené pro práci v jednofázových sítích připojením jejich svorek trojúhelníkem nebo hvězdičkou.

Schéma zapojení vinutí transformátoru

Existují typy laboratorních autotransformátorů, které umožňují plynule měnit hodnoty výstupního napětí. Takového efektu je dosaženo pohybem jezdce po povrchu otevřené části jednovrstvého vinutí, který je podobný principu reostatu. Cívky drátu jsou aplikovány kolem kruhového feromagnetického jádra, kolem kterého se pohybuje posuvný kontakt.

Autotransformátory tohoto typu byly masově využívány v otevřených prostorách SSSR v éře hromadného distribuce trubkových televizorů. Pak bylo napětí sítí nestabilní, což způsobilo zkreslení obrazu. Uživatelé této nedokonalé technologie museli čas od času upravit napětí na 220 V.

Před příchodem stabilizátorů napětí, jediným způsobem, jak dosáhnout optimálního nastavení výkonu pro domácí spotřebiče té doby bylo použití LATR. Tento typ autotransformátoru se dnes používá v různých laboratořích a vzdělávacích institucích. S jejich pomocí se provádí seřizování elektrických zařízení, testuje se zařízení s vysokou citlivostí a provádějí se další úkoly.

Ve speciálních zařízeních, kde je zatížení nevýznamné, se používají modely autotransformátorů DATR.

Autotransformer LATR

Existují také autotransformátory:

  • nízký výkon, pro provoz v obvodech do 1 kV;
  • střední výkonové jednotky (více než 1 kV);
  • vysokonapěťové autotransformátory.

Je třeba poznamenat, že pro účely bezpečnosti je použití autotransformátorů jako výkonových transformátorů omezeno, aby se snížilo napětí až 380 V nad 6 kV. To je způsobeno přítomností galvanického spojení mezi vinutími, které není bezpečné pro koncového uživatele. V případě nehody je možné, že na elektrické zařízení spadne vysoké napětí, které je spojeno s nepředvídatelnými následky. To je hlavní nevýhodou autotransformátorů.

Označení na diagramech

Je velmi snadné rozlišit autotransformátor v diagramu od obrazu konvenčního transformátoru. Znakem je přítomnost jediného vinutí spojeného s jedním jádrem, které je v diagramech označeno tlustou čarou. Na jedné nebo obou stranách této čáry jsou schematicky znázorněna vinutí, ale v autotransformátoru jsou všechny navzájem spojeny. Pokud jsou obvody zobrazeny autonomně, pak hovoříme o běžném transformátoru (viz obrázek 1).

Zařízení a konstrukční prvky

Jak je uvedeno výše, autotransformátor se skládá z jediné cívky. Je navinuta na konvenčním nebo toroidním jádru.

Toroidní transformátor

Díky svým konstrukčním vlastnostem nemá galvanické oddělení mezi obvody, což může vést k vysokonapěťovému poškození. Proto, autotransformátor směrem dolů, kvůli svému zvýšenému nebezpečí, vyžaduje přijetí dodatečných opatření na ochranu před úrazem elektrickým proudem. Práce s ním je povolena za přísného dodržování bezpečnostních pravidel.

Princip autotransformátoru

Navzdory konstrukčním vlastnostem navíjecí části jednotky je její princip činnosti velmi podobný práci konvenčního transformátoru. Stejným principem se při cirkulaci střídavého proudu v jádru vyskytuje magnetický tok. Jeho účinek na vinutí se vyznačuje výskytem stejnosměrné elektromotorické síly na každé jednotlivé cívce. Celkový emf na segmentu vinutí je roven součtu proudů všech jednotlivých otáček.

Zvláštností je, že primární proud cirkuluje také ve vinutí, které se ukazuje jako antifázové na indukční proud. Výsledné hodnoty těchto proudů v místě vinutí, určené pro spotřebitele, jsou získány méně (pro snížení tr.) Než parametry vstupní elektřiny.

Krok-dolů autotransformer obvodu

Poměr hodnot EMF je vyjádřen vzorcem: E 1 / E 2 = w 1 / w 2 = k, kde E je EMF, w je počet závitů, k je transformační poměr.

Vzhledem k tomu, že pokles napětí ve vinutí transformátoru je malý - může být ignorován. V tomto případě rovnost: U 1 = E 1 ; U2 = E2 lze považovat za spravedlivý. Výše uvedený vzorec tedy má podobu: U 1 / U 2 = w 1 / w 2 = k, to znamená, že poměr napětí k počtu otáček je stejný jako u běžného transformátoru.

Bez toho, abychom šli do detailů, poznamenáváme, že poměr síly proudu horní cívky k proudu zátěže, jako u konvenčního transformátoru, je vyjádřen vzorcem: I 1 / I 2 = w 2 / w 1 = 1 / k. Z toho vyplývá, že vzhledem k tomu, že v krokovém transformátoru w2 <w1, pak I2 <I1. Jinými slovy, výstupní proud je podstatně menší než vstupní proud. Pro ohřev drátu se tak používá méně energie, což umožňuje použití vodičů s menším průřezem.

Je pozoruhodné, že výkonové zatížení tvoří proudy elektromagnetické indukce a elektrické komponenty. Elektrický výkon (P = U 2 * I 1 ) je ve srovnání s indukční složkou vstupující do sekundárního okruhu poměrně patrný. Aby se tak dosáhlo požadovaného výkonu, použijí se menší hodnoty sekcí pro magnetická jádra.

Oblasti použití

Autotransformátoři zaujímají v této oblasti silnou pozici v různých oblastech elektrotechniky. Bez nich nespravujte:

  • různé usměrňovače;
  • Rádiová zařízení;
  • telefonní přístroje;
  • Svařovací stroje;
  • elektrizační systémy a mnoho dalších zařízení.

Třífázové autotransformátory se používají ve vysokonapěťových sítích. Jejich využití zvyšuje účinnost energetických systémů, což ovlivňuje snižování nákladů spojených s přenosem elektřiny.

Výhody a nevýhody

K výše uvedeným výhodám, můžete přidat nízké náklady na výrobky, snížením nákladů na použité neželezných kovů, náklady na transformátorové oceli. Autotransformátory jsou charakterizovány nevýznamnými ztrátami energie proudů cirkulujících vinutími a jádry, což umožňuje dosáhnout účinnosti až 99%.

K nevýhodám by měla být přidána potřeba zařízení pro uzemnění v neutrální zemi. Vzhledem ke stávající pravděpodobnosti zkratu a možnosti přenosu vysokého napětí po síti existují určitá omezení pro autotransformátory.

Vzhledem k galvanickému spojení vinutí hrozí nebezpečí přepětí mezi nimi. Nicméně, přes nedostatky, autotransformers být ještě široce použitý v různých oblastech.

Video na téma článku

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář