admin
Чем отличается автотрансформатор от преобразователя электрической энергии, устройство, назначение, рабочий принцип.
Назначение автотрансформатора
Автотрансформаторы бывают повышающие и уменьшающие, однофазные и трехфазные. Используются они для питания приборов для домашнего применения, пуска асинхронных электродвигателей, в промышленных электросетях.
В бытовых условиях автотрансформаторы применяют для регулировки напряжения сети, если оно завышено или занижено. В промышленности при их помощи делают меньше токи пуска электродвигателей, увеличивают напряжение в линиях электропередач Для снижения потерь.
Чем отличается автотрансформатор от преобразователя электрической энергии
У простого преобразователя электрической энергии первичные и вторичные обмотки электрически не связаны, энергия между ними подается при помощи магнитного поля. Автотрансформатор практически имеет одну обмотку, от которой отходят выводы.
Кроме электромагнитной связи, обмотки автотрансформатора связаны электрически.
Устройство автотрансформатора
В простейшем случае, на замкнутом магнитопроводе находятся две обмотки соединенные постепенно. В зависимости от варианта подсоединения энергетического источника и нагрузки, автотрансформатор способна работать как повышающий или как понижающий.
Есть конструкция, в которой реализован механизм ручного регулирования анодного напряжения (Вариак, ЛАТР).
Также используются блоки автоматической регулировки с обратной связью, по существу, автотрансформатор с данным устройством можно назвать стабилизатором электрического напряжения.
Рабочий принцип автотрансформатора
В автотрансформаторе энергия подается не только магнитным потоком, но и электрически, так как обмотки имеют гальваническую связь. Чем ближе показатель трансформации к 1, тем меньше энергии подается электромагнитным способом.
Ниже вы видите схему понижающего автотрансформатора, к первой обмотке которого подключен источник переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка, в виде лампы общего назначения.
В режиме хода в холостую автотрансформатор работает так, как и традиционный преобразователь электрической энергии. Когда подключена нагрузка, переменный магнитный поток появляющийся в сердечнике индуктирует в витках вторичной обмотки ЭДС, направленную навстречу ЭДС энергетического источника.
Благодаря этому ток текущий по вторичной обмотке равён разнице между током нагрузки и током первой цепи. Это дает возможность вторичную обмотку делать из провода небольшого диаметра.
Экономия на меди, тем меньше, чем больше показатель трансформации разнится от единицы.
Автотрансформатор эффектнее преобразователя электрической энергии и доступнее в изготовлении, при условиях, что показатель трансформации практически не отличается от единицы. Серьёзным недостатком со стороны безопасности, считается отсутствие гальванической развязки между обмотками.
Разница между преобразователем электрической энергии и автотрансформатором
Для работы электрического оборудования разного назначения требуется различное напряжение. Так, к примеру, домашнее оборудование рассчитано на 220 или 110 В. Промышленное — в большинстве случаев на 380 В. А поскольку при передаче электротока на значительные расстояния требуется большое напряжение (для уменьшения общих потерь электрической энергии при перевозке), то для питания здешних сетей его постепенно по ступеням уменьшают.
Трансформатор напряжения 110кВ, серия НКФ
Эти все изменения стрессов выполняют при помощи преобразователей электрической энергии либо же их разновидности — автотрансформаторов.
Преобразователи электрической энергии, в зависимости от потребностей, бывают повышающие (увеличивают напряжение) и уменьшающие (понижают напряжение).
И в том, и ином случае сущность работы этого прибора одна — достигнуть необходимого напряжения электротока.
Обозначение
Преобразователь электрической энергии — статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрический ток одного напряжения в ток иного напряжения (уменьшает или увеличивает), а еще для изменения частоты и числа фаз.
Преобразователь электрической энергии в большинстве случаев имеет несколько обмоток (2-ух и более), намотанных на общий стальной сердечник.
Одна обмотка подсоединяется к источнику электрического тока, а остальная (прочие) обмотка соединяется с потребителем электротока. Действие прибора основано на применении электромагнитной индукции (закон Фарадея).
Самый сложный вопрос в защитах трансформатора 10/0,4 кВ
Говоря иначе, изменение проходящего через обмотку магнитного потока делает в этой обмотке электродвижущую силу. В преобразователях электрической энергии, работающих на очень высоких частотах, иногда может отсутствовать магнитопровод, данные устройства называются воздушными.
В вариантах, когда потребуется менять напряжение в маленьких пределах, применяют автотрансформатор.
Конструкция преобразователя электрической энергии
Автотрансформатор — это подобный тип преобразователя электрической энергии, где первичная и вторичная обмотки воссоединены в одну (вторая считается важной частью первой). Благодаря этому они имеют между собой не только электромагнитную, но и электрическую связь.
Более того, обмотка автотрансформатора оснащена, как минимум, тремя выводами, вследствие чего есть возможность подсоединения к самым разнообразным выводам, и получения на выходе разных стрессов.
Отличие
Итак, основным отличием преобразователя электрической энергии от автотрансформатора считается кол-во обмоток. У преобразователей электрической энергии их две и более, у автотрансформаторов одна.
Автотрансформаторы нашли широкое использование в сетях с напряжением 150 кВ и выше, за счёт меньшей, чем у преобразователей электрической энергии, стоимости, меньшим потерям в обмотках активной мощности (по сравнению с преобразователями электрической энергии аналогичный мощности). Более того, автотрансформаторы по собственным размерам намного меньше преобразователей электрической энергии.
Важным преимуществом автотрансформаторов перед остальными видами преобразователей электрической энергии, считается их более большой коэффициэнт полезного действия, так как преобразованию в них подвергается лишь часть мощности. Более того, из-за меньшего расхода стали для сердечника, меди на обмотки, меньшим размерам и весу стоимость этого вида преобразователей электрической энергии значительно ниже, чем у иных вариантов.
Минусом автотрансформаторов (по сравнению с преобразователями электрической энергии) считается отсутствие между вторичной и первичной обмотками электрической изоляции. Это не имеет значения для промышленных сетей, где при любых обстоятельствах нулевой кабель обязательно заземляется, но не приемлимо для использования в бытовых условиях, т.к. при авариях в автотрансформаторах высшее напряжение с первой обмотки действительно может быть приложенным к низшему (пробой изоляции проводящих ток частей).
В результате, все установочной части будут соединены с высоковольтной частью, что непозволительно по правилам безопасности при обслуживании аналогичного оборудования. Для домашних потребностей в большинстве случаев применяется более надежный и безопасный преобразователь электрической энергии.
Просто о сложном ЛАТР или реостат
Что такое автотрансформатор?
С появлением энергетики и связанных с ней электро сетей для передачи электрического тока, как источника питания для разных устройств, появилась необходимость в приборах, изменяющих величину напряжения. Такими многофункциональными электромагнитными устройствами, дающими возможность увеличивать или уменьшать исходное напряжение до необходимой величины, стали преобразователи электрической энергии.
С каким то периодом, для оснащения постоянной работы электрических приборов, преимущественно домашнего применения, появилась необходимость плавного регулирования напряжения. Это возможным стало после того, как был изобретён автотрансформатор – устройство, в котором вторичная обмотка считается важной частью первичных витков.
Что такое автотрансформатор?
Из школьного курса физики известно, что самый простой преобразователь электрической энергии состоит из 2-ух катушек, намотанных на металлические сердечники. Магнитным полем электрического тока, запитанного через выводы первичных обмоток, возбуждаются электромагнитные колебания во второй катушке, с подобной частотой.
При подключении нагрузки, к выводам рабочей обмотки, она образовывает вторичную цепь, в которой появляется переменный ток. При этом напряжение в образованной электрической цепи связано прямо гармоничной зависимостью с количеством витков обмоток.
Другими словами: U1/U2 = w1/w2 , где U1, U2 – напряжения, а w1, w2 – кол-во полных витков в надлежащих катушках.
Рисунок 1. Схема простого преобразователя электрической энергии и автотрансформатора
Несколько иначе устроен автотрансформатор.
Он, по существу, состоит из одной обмотки, от которой сделано один или несколько отводов, образующих вторичные витки. При этом все обмотки образовывают между собой не только электрическую, но и магнитную связь.
Благодаря этому, при подаче электроэнергии на вход автотрансформатора, появляется магнитный поток, под действием которого происходит индукция ЭДС в обмотке нагрузки. Величина электродвижущей силы связана прямой пропорциональностью с числом витков, образующих нагрузочную обмотку, с которой снимается напряжение.
Автотрансформатор
Аналогичным образом, формула, приведённая выше, справедлива и для автотрансформатора.
Из ключевой обмотки разрешается отводить приличное количество выводов, что дает прекрасную возможность создавать конфигурации для снимания разных по величине стрессов.
Это довольно удобно В практических условиях, так как понижение напряжения бывает требуется для питания нескольких блоков электрических приборов, применяющих разные напряжения.
Отличие автотрансформатора от простого преобразователя электрической энергии
Как видно из описания автотрансформатора, основное его отличие от простого преобразователя электрической энергии – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь.
Эти группы не просят индивидуальной электрической изоляции.
У подобного устройства есть конкретные плюсы:
- сокращён расход цветных металлов, применяемых на изготовление данного оборудования;
- энергопередача выполняется путём воздействия электромагнитного поля входного тока, и благодаря электрической связи между обмотками. Поэтому, потеря энергии оказывается ниже, благодаря этому у автотрансформаторов наблюдаются очень большие КПД;
- небольшой вес и небольшие размеры.
Не обращая внимания на конструкционные различия, рабочий принцип данных 2-ух типов изделий остаётся постоянным. Выбор типа преобразователя электрической энергии зависит, прежде всего, от целей и задач, которые необходимо решать в электротехнике.
Типы автотрансформаторов
В зависимости от того в каких сетях (однофазных или трёхфазных) требуется поменять напряжение, применяют подходящий вид автотрансформаторов. Они могут быть однофазными либо трёхфазными.
Для трансформации тока с трёх фаз можно поставить три автотрансформатора, которые предназначены для работы в однофазных сетях, объединив их выводы треугольником или звёздочкой.
Схема соединений обмоток преобразователя электрической энергии
Есть типы лабораторных автотрансформаторов, разрешающих медленно менять значения по анодному напряжению. Подобный результат достигается путём перемещения ползунка по поверхности открытой части однослойной обмотки, наподобие рабочего принципа реостата.
Витки проволки наносятся вокруг кольцеобразного ферромагнитного сердечника, по окружности которого и передвигается контактный ползунок.
Автотрансформаторы аналогичного типа массово использовались на просторах СССР в эру широкого распространения ламповых телевизоров.
Тогда напряжение сетей было нестабильно, что вызывало искажения изображений. Пользователям этой несовершенной техники доводилось иногда подстраивать напряжение до отметки 220 В.
До возникновения стабилизаторов электрического напряжения, единственной возможностью достигнуть оптимальных показателей питания для домашней техники того времени, было использование ЛАТР. Этот тип автотрансформаторов применяется и сегодня в самых разных лабораториях и учебных заведениях.
При их помощи выполняется наладка электротехнического оборудования, тестируется аппаратура с высокой чувствительностью и делаются прочие задачи.
В спецоборудовании, где нагрузки незначительны, используются модели автотрансформаторов ДАТР.
Автотрансформатор ЛАТР
Есть также автотрансформаторы:
- небольшой мощности, для работы в цепях до 1 кВ;
- среднемощные агрегаты (больше 1 кВ);
- высоковольтные автотрансформаторы.
Необходимо заметить, что с целью безопасности ограничено применение автотрансформаторов в качестве понижающих трансформаторов, для уменьшения до 380 В стрессов, превышающих 6 кВ. Это связано с наличием гальванической связи между обмотками, что опасно для конечного потребителя.
При авариях нельзя исключать, что большое напряжение попадёт на запитанное оборудование, что опасно непредсказуемыми результатами. В этом прячется главный минус автотрансформаторов.
Обозначение на схемах
Отличить автотрансформатор на схеме от изображения простого преобразователя электрической энергии совершенно не сложно. Признаком считается наличие единственной обмотки связанной с одним сердечником, обозначенным жирной линией на схемах.
По одну или по двум сторонам этой лини схематически нарисованы обмотки, однако в автотрансформаторе они все соединены между собой. Если на схеме витки нарисованы независимо, то речь идёт об обыкновенном трансформаторе (см. рисунок 1).
Устройство и особенности конструкции
Как было написано выше, автотрансформатор состоит из одной катушки. Её наматывают на традиционный или на тороидальный сердечник.
Тороидальный преобразователь электрической энергии
В силу конструктивных свойств у него отсутствуют гальванические развязки между цепями, что может привести к поражению высоковольтным током. Благодаря этому понижающий автотрансформатор, ввиду его очень высокой опасности, требует принятия дополнительных мер по защите от поражения электрическим током.
Работа с ним разрешается при условиях строгого выполнения всех правил безопасности.
Рабочий принцип автотрансформатора
Не обращая внимания на характерности сооружения обмоточной части агрегата, его рабочий принцип сильно напоминает работу простого преобразователя электрической энергии. По аналогичному принципу во время циркуляции электрического тока появляется магнитный поток в сердечнике.
Его действие на обмотку отличается возникновением на каждом индивидуальном витке равновеликой электродвижущей силы. Общаяя ЭДС на отрезке обмотки равна сумме величин токов всех отдельно взятых витков.
Спецификой считается то, что по обмотке двигается ещё и первичный ток, который оказывается в противофазе к индукционному потоку. Результирующие значения данных токов на участке обмотки, необходимой для потребителя, получаются меньшими (для понижающего тр.) чем параметры поступающего электричества.
Схема понижающего автотрансформатора
Соотношение величин ЭДС выражается формулой: E1/E2 = w1/w2 = k , где E – ЭДС, w – кол-во витков, k – показатель трансформации.
Если учесть то, что падение стрессов в обмотках преобразователя электрической энергии невелико – его можно не предусматривать. В этом случае равенства: U1 = E1; U2 = E2 можно считать справедливыми.
Аналогичным образом, приведённая выше формула приобретает вид: U1/U2 = w1/w2 = k, другими словами, соотношение стрессов к числу витков такое же, как и для простого преобразователя электрической энергии.
Не вдаваясь в детали, стоит сказать, что отношение силы тока верхней катушки к току нагрузки, как и для простого преобразователя электрической энергии, выражается формулой: I1/I2 = w2/w1 = 1/k. Отсюда следует, что потому как в силовом трансформаторе w2 Обговорить на форуме
Чем отличается преобразователь электрической энергии от автотрансформатора
Определения
Преобразователь электрической энергии – это электромагнитный аппарат, передающий энергию через магнитное поле. Он состоит из 2-ух и более обмоток (говорят иногда катушек) на стальном, железном или ферритовом сердечнике в зависимости от числа фаз, входных и анодных напряжений.
Ключевой его спецификой считается то, что первичная цепь и вторичная не электрически между собой связаны, другими словами обмотки не имеют электрических контактов. Это называют гальванической развязкой.
А такую связь катушек именуют индуктивной.
Ниже вы видите относительное графическое обозначение 2-ух и трёхобмоточного преобразователя электрической энергии на схеме электрической принципиальной:
Они могут быть повышающими, понижающими и разделительными (напряжение при входе равно напряжению на выходе).
При этом если подать питание на вторичную обмотку силового трансформатора – на первичные обмотки вы получите очень высокое напряжение, то же самое и правило работает и для повышающего.
Автотрансформатор – это один из видов преобразователя электрической энергии с одной обмоткой, намотанной на сердечнике как правило подобном предыдущему случаю.
В нём, в отличии от простого транса, первичная и вторичная цепь электрически между собой связаны. А это означает он не дает гальванической развязки.
Относительное графическое обозначение автотрансформатора вы видите ниже:
Автотрансформаторы бывают с фиксированным анодным напряжением и регулирующиеся.
Заключительные многим известны с названием ЛАТР (лабораторный автотрансформатор). Тоже могут быть как понижающими, так и повышающими.
В регулируемом ЛАТРе вторичная цепь подсоединяется к скользящему по катушке контакту.
Важно!
Из-за отсутствия гальванической развязки, автотрансформаторы по определению не могут быть разделительными в отличии от обыкновенных!
Дополнительным отличием считается кол-во обмоток автотрансформатора – в большинстве случаев оно равняется количеству фаз.
Исходя из этого для питания однофазных устройств применяют однообмоточные, а для трёхфазных – трёхобмоточные изделия.
Рабочий принцип
Коротко и обычными словами рассмотрим, как работает любой вариант выполнения.
У преобразователя электрической энергии есть минимум две обмотки – первичная и вторичная (или их несколько).
Если первичную подключить к сети (либо прочему источнику электрического тока) – тогда ток в первой обмотке делает магнитный поток через сердечник, который пронизывая витки вторичных, наводит в них ЭДС. Рабочий принцип построен на явлениях электромагнитной индукции, в особенности закона Фарадея.
При протечке тока во вторичной обмотке (в нагрузку) меняется и ток в первой обмотке из-за взаимоиндукции. Разница стрессов между первой и вторичными обмотками определяется соотношением их витков (показателем трансформации).
n1, n2 – кол-во витков на первичке и вторичному жилью.
Говоря об автотрансформаторе, у него одна обмотка, если фаз несколько – так же и обмоток.
При протечке по ней электрического тока магнитный поток, который появляется в середине неё, индуцирует ЭДС в данной же обмотке. Её величина полностью пропорциональна числу витков.
Нагрузка (вторичная цепь) подсоединяется к отводу от витков. На повышающем автотрансформаторе питание подаётся не на концы обмотки, а на один из кончиков и отвод от витков в отличии от преобразователя электрической энергии.
Что было нарисовано на схеме выше.
Важные отличия
Чтобы вам было легче понять, в чем разница между обыкновенным преобразователем электрической энергии и автотрансформатором, мы собрали в таблицу их важные отличия:
| Преобразователь электрической энергии | Автотрансформатор | |
| КПД | КПД автотрансформатора более чем у простого, тем более при несущественной разности входного и анодного напряжения. | |
| Кол-во обмоток | Минимум 2 и больше все зависит от количества фаз | 1 и более, равно количеству фаз |
| Гальваническая развязка | Есть | Нет |
| Опасность удара электричеством при питания бытовых электрических приборов | При выходном напряжении менее 36 Вольт – невелика | Высокая |
| Безопасность для запитанных приборов | Высокая | Невысокая, при обрыве в катушке на витках после отвода к нагрузке, на неё попадет все напряжение питания |
| Стоимость | Высокая, расход меди и стали для сердечников большой, конкретно у трёхфазных преобразователей электрической энергии | Невысокая, ввиду того что для каждой фазы лишь 1 обмотка, расход меди и стали меньшие |
Область использования
Преобразователи электрической энергии используются везде – от электростанций и подстанций, которые рассчитаны на десятки и сотни тысяч вольт, до питания небольшой домашней техники. Хотя сейчас применяются блоки питания, однако и их основой считается генератор и преобразователь электрической энергии на ферритовом сердечнике.
Автотрансформаторы применяются в бытовых стабилизаторах сетевого напряжения.
Часто ЛАТРы применяют в лабораториях при тестировании или ремонте устройств электроники.
Но все таки они нашли собственное использование и в высоковольтных сетях, а еще для электрификации металлических дорог.
К примеру, на ЖД применяются данные изделия в сетях 2х25 (два по 25 киловольт).
Как на схеме выше в малонаселенных районах ложится линия 50 кВ, а к электропоезду по контактному проводу подаётся 25 кВ от понижающего автотрансформатора. Аналогичным образом уменьшается число тяговых подстанций и потери в линии.
Теперь вы знаете, в чем значительное отличие преобразователя электрической энергии от автотрансформатора. Для закрепления материала предлагаем просмотреть полезное видео по теме:
Чем отличается преобразователь электрической энергии от автотрансформатора?
Работа электрического оборудования обеспечивается системой повышающих, силовых трансформаторов. Приборы «выделяются» рядом параметров.
Домашние агрегаты рассчитаны на напряжение 110 или 220В, а домашние – на 380В. Некоторые из представленных устройств уменьшают или увеличивают напряжение, прочие передают электричество понемногу от подстанции потребителям.
Аналогичные действия выполняют «преобразователи электрической энергии и автотрансформаторы». Агрегаты отличаются определенными отличиями.
Но такие аппараты предназначаются для поддерживания необходимого уровня напряжения в сети. Чтобы выучится правильно, безопасно использовать аналогичное оборудование, необходимо рассмотреть их основные отличия.
Основное обозначение
Чтобы понимать, «чем принципиально выделяются преобразователь электрической энергии и автотрансформатор», необходимо рассмотреть их обозначение.
Преобразователь электрической энергии – электромагнитный прибор статического типа, преобразующий переменный ток переменного значения с конкретным критерием напряжения в электрическую энергию иного уровня.
Прибор способен увеличивать или уменьшать данный показатель. Система способна преобразовывать частоту и кол-во фаз электротока.
Также предлагаем познакомиться с системой и рабочими принципами преобразователя электрической энергии.
Оборудование включает несколько обмоток. Контуры находятся на сердечнике из специализированного сплава.
Первичная катушка подсоединяется к сети переменного типа. Вторичная катушка или все другие обмотки соединены с установкой, потребляющей исходящее электричество.
Ключевым рабочим принципом прибора считается закон Фарадея. При перемещении через обмотку магнитного потока определяется некоторая электродвижущая сила.
Если понадобится менять параметры несущественно, позволяется использовать «автотрансформатор».
Данный аппарат собой представляет систему с 2-мя обмотками, объединенными в одну катушку. Это обеспечивает появление электромагнитной, электрической связи.
Детальнее о автотрансформаторе мы писали тут.
Важные отличия
Есть всего 5 главных отличий преобразователя электрической энергии и автотрансформатора. Их можно коротко перечислить:
- Первым делом два этих агрегата выделяются «тем», что у них есть различное кол-во обмоток.
- Надежность и безопасность автотрансформатора уступает обыкновенному преобразователю электрической энергии.
- Автотрансформаторы стоят намного дешевле.
- Преобразователь электрической энергии имеет меньший степень коофициэнта полезного действия.
- Размеры автотрансформатора меньше.
У преобразователей электрической энергии, выделяющихся количеством обмоток, имеется две катушки и более. Тип второй агрегатов обладает одной соединенной катушкой.
Она имеет минимум три выхода для подсоединения к разным коммуникациям и получения на выходе разных критериев сети.
Автотрансформаторы используются в сетях с напряжением от 150 кВ и более.
Они небольшие, хорошие и стоят намного дешевле. Их важным преимуществом считается высокий степень коофициэнта полезного действия.
Впрочем серьёзным недостатком является отсутствие между обмотками материала для изоляции. Это уменьшает безопасность представленных приборов при его обслуживании и эксплуатации.
Для промышленных сетей это не очень важно, однако для бытового использования аналогичный факт считается серьёзным недостатком.
Если использовать такой прибор в бытовых сетях, при появлении опасной ситуации электричество может быть приложено из первой обмотки к низшему напряжению. Это происходит из-за пробоя изоляции частей, проводящих электричество.
Части агрегата будут соединены с высоковольтными частями. Благодаря этому для домашних потребностей используют преобразователи электрической энергии, а в промышленности – автотрансформаторы.
Рассмотрев важные отличия автотрансформаторов и преобразователей электрической энергии, любой пользователь сможет правильно использовать аналогичное оборудование в собственных целях.