40. Применение автотрансформаторов
Автотрансформатор – это трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки объединены в общую электрическую цепь. Следовательно, число обмоток автотрансформатора вдвое меньше , чем число обмоток трансформатора; в однофазном автотрансформаторе – одна , а в трехфазном – три (на каждую фазу по одной). Таким образом добиваются уменьшения массы, размеров и стоимости автотрансформатора. Основное преимущество автотрансформаторов перед трансформаторами – меньший расход меди и стали. Уменьшаются также тепловые потери в железе и меди. Однако автотрансформаторам свойственны и существенные недостатки. Изоляция их рассчитывается на наибольшее напряжение, так как обмотки соединены между собой, и поэтому стоимость ее высока. Выполнение условий безопасности усложняется, ибо если первичное напряжение высокое, то витки вторичной обмотки будут находиться под высоким потенциалом. Поэтому автотрансформаторы применяют, например, в тех случаях, когда необходимо преобразовать напряжение в небольших пределах. При высоких напряжениях автотрансформаторы выгоднее использовать там, где требуется изменять напряжение в 1,5 …2 раза, а при низких – не более чем в 3 раза. Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТР) применяют в лабораторной практике для плавного регулирования напряжения U2 от 0 до 250 В.
41) Объясните влияние характера нагрузки на выходное напряжение U2?
Характеристики, которые показывают, каким образом изменяется выходное напряжение при изменении величины и характера нагрузки, называются внешними. Общее выражение внешних характеристик можно получить на основании упрощенной схемы замещения и соответствующей векторной диаграммы трансформатора (рис. 1).
Точное выражение внешней характеристики, записанное в относительных единицах, имеет следующий вид:
,
(1)
где:
– относительное значение выходного
напряжения;
– вторичные напряжения в режимах
холостого хода и нагрузки;
–
коэффициент нагрузки, характеризующий
модуль тока;
– паспортное значение напряжения
короткого замыкания в относительных
единицах;
– фазовые углы короткого замыкания
трансформатора и нагрузки.
Это уравнение справедливо для трансформаторов с любыми напряжениями короткого замыкания и во всем диапазоне изменения тока нагрузки вплоть до короткого замыкания. На практике ток нагрузки обычно не превышает 2Iном, и в основном рабочем диапазоне uк < 0,1. В этом случае достаточно высокую точность дают приближенные формулы:
(2)
,
(3)
где
– активная и реактивная составляющие
напряжения короткого замыкания в
относительных единицах
Из формул (1) – (3)
следует, что на выходное напряжение
существенное влияние оказывает не
только величина, но и характер нагрузки.
Поскольку косинус является четной
функцией, независимо от знака угла 2
активная составляющая напряжения
короткого замыкания uка
всегда вызывает уменьшение выходного
напряжения. Принципиально по-иному
проявляется влияние реактивной
составляющей uкr.
Если 2
0 (индуктивный характер нагрузки), имеем
положительное отклонение:
и дополнительное уменьшение выходного
напряжения. При2
0 (емкостный
характер нагрузки) реактивная составляющая
напряжения короткого замыкания вызывает
отрицательное отклонение:
и, следовательно, определенное увеличение
выходного напряжения по сравнению с
активной нагрузкой. При выполнении
условий:
2
0;
напряжение
на выходе трансформатора в пределах
рабочего диапазона остается практически
неизменным. Типичный вид зависимостей
при различном характере нагрузки показан
на рис. 2.
42) Каковы достоинства и недостатки автотрансформатора по сравнению с трансформатором?
Автотрансформатор — это такой тип трансформатора, где первичная и вторичная обмотки объединены в одну (вторая является неотъемлемой частью первой). За счет этого они имеют между собой не только электромагнитную, но и электрическую связь. Кроме того, обмотка автотрансформатора оборудована, как минимум, тремя выводами, благодаря чему имеется возможность подключения к разным выводам, и получения на выходе различных напряжений.
Достоинства автотрансформатора
меньший вес (в сравнении с обчными трансформаторами);
меньшие размеры;
более выскоий КПД трансформатора;
меньшие электрические потери.
Однако эти достоинства имеют значение лишь при коэффициенте трансформации k <=2. При большем коэффициенте трансформации имеют место следующие недостатки.
Недостатки автотрансформатора
большие токи короткого замыкания в случае понижающего автотрансформатора (при замыкании точек а и Х напряжение u1 окажется на небольшой части витков автотрансформатора, обладающих малым сопротивлением короткого замыкания);
электрическая связь стороны ВН со стороной НН; требующая усиления изоляции между обмотками и корпусом и возникающая опасность попадания ВН на сторону НН.
Регулировка напряжения в автотрансформаторах осуществляется как переключателями, изменяющими вводимое число витков во вторичной цепи, так и посредством скользящего контакта, перемещающегося непосредственно по виткам обмотки.