- Čo je to autotransformátor?
- Zariadenia a konštrukčné prvky
- Princíp autotransformátora
- Oblasti použitia
- Výhody a nevýhody
- Video na tému článku
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
S rozvojom energie a súvisiacich elektrických sietí pre prenos striedavého prúdu ako zdroja energie pre rôzne zariadenia, vznikla potreba pre zariadenia, ktoré menia hodnotu napätia. Takéto univerzálne elektromagnetické zariadenia, ktoré umožňujú zvýšiť alebo znížiť počiatočné napätie na požadovanú hodnotu, sú transformátory.
Postupom času, aby sa zabezpečila stabilná prevádzka elektrických spotrebičov, najmä pre domáce použitie, bola potrebná hladká regulácia napätia. Toto sa stalo možným po vynájdení autotransformátora - zariadenia, v ktorom je sekundárne vinutie integrálnou súčasťou primárnych závitov.
Čo je to autotransformátor?
Zo školského kurzu fyziky je známe, že najjednoduchší transformátor sa skladá z dvoch cievok navinutých na železných jadrách. Magnetické pole striedavého prúdu, napájané cez svorky primárnych vinutí, excituje elektromagnetické oscilácie v druhej cievke s podobnou frekvenciou.
Pri pripojení záťaže na svorky pracovného vinutia tvorí sekundárny okruh, v ktorom sa vyskytuje elektrický prúd. V tomto prípade je napätie vo vytvorenom elektrickom obvode priamo úmerné počtu otáčok vinutí. To je: U 1 / U 2 = w 1 / w 2, kde U1, U2 - napätie a w1, w2 - počet plných otáčok v zodpovedajúcich cievkach.
Autotransformátor je mierne odlišný. V skutočnosti pozostáva z jediného vinutia, z ktorého je zhotovený jeden alebo viac kohútikov, ktoré tvoria sekundárne závity. V tomto prípade všetky vinutia tvoria medzi sebou nielen elektrickú, ale aj magnetickú spojku. Preto pri použití elektrickej energie na vstup autotransformátora dochádza k magnetickému toku, pri ktorom sa indukuje EMF v záťažovom vinutí. Veľkosť elektromotorickej sily je priamo úmerná počtu otáčok, ktoré tvoria záťažové vinutie, z ktorého sa uvoľňuje napätie.
Vyššie uvedený vzorec teda platí pre autotransformátor.
Z hlavného vinutia môžete odkloniť veľké množstvo záverov, čo vám umožní vytvoriť kombinácie na odstránenie rôznych napätí. To je v praxi veľmi výhodné, pretože zníženie napätia je často potrebné na napájanie viacerých súprav elektrických spotrebičov s rôznymi napätiami.
Rozdiel autotransformátora od zvyčajného transformátora
Ako je možné vidieť z opisu autotransformátora, jeho hlavným rozdielom oproti obvyklému transformátoru je neprítomnosť druhej cievky s jadrom. Úloha sekundárnych vinutí sa vykonáva oddelenými skupinami závitov s galvanickým spojením. Tieto skupiny nevyžadujú samostatnú elektrickú izoláciu.
Toto zariadenie má určité výhody:
- znížená spotreba neželezných kovov používaných pri výrobe takýchto zariadení;
- energia je prenášaná elektromagnetickým poľom vstupného prúdu a v dôsledku elektrického spojenia medzi vinutiami. V dôsledku toho je energetická strata nižšia, preto autotransformátory majú vyššiu účinnosť;
- malá hmotnosť a kompaktné rozmery.
Napriek štrukturálnym rozdielom zostáva princíp fungovania týchto dvoch typov výrobkov nezmenený. Voľba typu transformátora závisí predovšetkým od cieľov a cieľov, ktoré je potrebné riešiť v elektrotechnike.
Typy autotransformátorov
V závislosti od toho, ktoré siete (jednofázové alebo trojfázové) chcete zmeniť napätie, použite vhodný typ autotransformátora. Sú jednofázové alebo trojfázové. Ak chcete transformovať prúd z troch fáz, môžete nainštalovať tri autotransformátory určené na prácu v jednofázových sieťach pripojením ich terminálov trojuholníkom alebo hviezdičkou.
Existujú typy laboratórnych autotransformátorov, ktoré umožňujú plynule meniť hodnoty výstupného napätia. Takýto účinok sa dosahuje pohybom posúvača po povrchu otvorenej časti jednovrstvového vinutia, ktorý je podobný princípu reostatu. Cievky drôtu sú aplikované okolo kruhového feromagnetického jadra, po obvode ktorého sa posúvač posúva.
Autotransformátory tohto typu sa masovo využívali v otvorených priestoroch ZSSR v ére masového distribúcie trubicových televízorov. Potom bolo napätie sietí nestabilné, čo spôsobilo skreslenie obrazu. Z času na čas museli užívatelia tejto nedokonalej technológie nastaviť napätie na 220 V.
Pred príchodom stabilizátorov napätia, jediným spôsobom, ako dosiahnuť optimálne nastavenie výkonu pre domáce spotrebiče času bolo použitie LATR. Tento typ autotransformátora sa dnes používa v rôznych laboratóriách a vzdelávacích inštitúciách. S ich pomocou sa vykonáva úprava elektrického zariadenia, testuje sa zariadenie s vysokou citlivosťou a vykonávajú sa ďalšie úlohy.
V špeciálnych zariadeniach, kde je zaťaženie zanedbateľné, sa používajú modely autotransformátorov DATR.
Existujú aj autotransformátory:
- nízky výkon, pre prevádzku v obvodoch do 1 kV;
- stredné výkonové jednotky (viac ako 1 kV);
- vysokonapäťové autotransformátory.
Treba poznamenať, že na účely bezpečnosti je použitie autotransformátorov ako výkonových transformátorov obmedzené, aby sa znížilo napätie do 380 V nad 6 kV. Je to kvôli prítomnosti galvanického spojenia medzi vinutiami, ktoré nie je bezpečné pre koncového užívateľa. V prípade nehody je možné, že na napájané zariadenie padne vysoké napätie, ktoré je spojené s nepredvídateľnými následkami. To je hlavnou nevýhodou autotransformátorov.
Označenie na diagramoch
Je veľmi ľahké rozlíšiť autotransformátor v diagrame od obrazu konvenčného transformátora. Znakom je prítomnosť jediného vinutia spojeného s jedným jadrom, ktoré je v diagramoch označené hrubou čiarou. Na jednej alebo oboch stranách tejto čiary sú schematicky znázornené vinutia, ale v autotransformátore sú navzájom spojené. Ak sú obvody znázornené autonómne, potom hovoríme o konvenčnom transformátore (pozri obrázok 1).
Zariadenia a konštrukčné prvky
Ako je uvedené vyššie, autotransformátor sa skladá z jednej cievky. Je navinutý na bežnom alebo toroidnom jadre.
Vďaka svojim konštrukčným vlastnostiam nemá galvanické oddelenie medzi obvodmi, čo môže viesť k vysokonapäťovému poškodeniu. Z tohto dôvodu vyžaduje autotransformátor smerom nadol kvôli zvýšenému nebezpečenstvu prijatie dodatočných opatrení na ochranu pred úrazom elektrickým prúdom. Práca s ním je povolená za prísneho dodržiavania bezpečnostných pravidiel.
Princíp autotransformátora
Napriek konštrukčným vlastnostiam navíjacej časti jednotky je princíp činnosti veľmi podobný práci konvenčného transformátora. Pri rovnakom princípe sa počas cirkulácie striedavého prúdu v jadre vyskytuje magnetický tok. Jeho účinok na vinutie sa vyznačuje výskytom rovnakej veľkosti elektromotorickej sily na každej jednotlivej cievke. Celkový emf na segmente vinutia sa rovná súčtu prúdov všetkých jednotlivých závitov.
Zvláštnosťou je, že primárny prúd cirkuluje aj vo vinutí, ktoré sa javí ako antifázové voči indukčnému prúdu. Výsledné hodnoty týchto prúdov v mieste vinutia, určené pre spotrebiteľa, sa získajú menej (na zníženie tr.) Potom ako parametre vstupnej elektriny.
Pomer hodnôt EMF je vyjadrený vzorcom: E 1 / E 2 = w 1 / w 2 = k, kde E je EMF, w je počet závitov, k je transformačný pomer.
Vzhľadom k tomu, že pokles napätia vo vinutí transformátora je malý - možno ho ignorovať. V tomto prípade rovnosť: U 1 = E 1 ; U2 = E2 možno považovať za spravodlivé. Vyššie uvedený vzorec má teda podobu: U1 / U2 = w1 / w2 = k, to znamená, že pomer napätí k počtu závitov je rovnaký ako u konvenčného transformátora.
Bez toho, aby sme sa dostali do detailov, poznamenávame, že pomer prúdovej sily hornej cievky k zaťažovaciemu prúdu, ako pri konvenčnom transformátore, je vyjadrený vzorcom: I 1 / I 2 = w 2 / w 1 = 1 / k. Z toho vyplýva, že keďže v krokovom transformátore w2 <w1, potom I2 < 1 . Inými slovami, výstupný prúd je výrazne nižší ako vstupný prúd. Na ohrev drôtu sa teda používa menej energie, čo umožňuje použitie drôtov s menším prierezom.
Je pozoruhodné, že výkonové zaťaženie tvorí prúdy elektromagnetickej indukcie a elektrického komponentu. Elektrický výkon (P = U 2 * I 1 ) je v porovnaní s indukčným komponentom vstupujúcim do sekundárneho okruhu celkom zrejmý. Preto, aby sa dosiahol požadovaný výkon, použijú sa menšie hodnoty úsekov pre magnetické jadrá.
Oblasti použitia
Autotransformátory do dnešného dňa zaujímajú silné postavenie v rôznych oblastiach súvisiacich s elektrotechnikou. Bez nich nespravujte:
- rôzne usmerňovače;
- Rádiové zariadenia;
- Telefónne prístroje;
- Zváracie stroje;
- železničných elektrifikačných systémov a mnohých ďalších zariadení.
Trojfázové autotransformátory sa používajú vo vysokonapäťových sieťach. Ich používanie zvyšuje účinnosť energetických systémov, čo ovplyvňuje znižovanie nákladov spojených s prenosom elektriny.
Výhody a nevýhody
K vyššie uvedeným výhodám, môžete pridať nízke náklady na výrobky, znížením nákladov na použité neželezné kovy, náklady na transformátorové ocele. Autotransformátory sa vyznačujú nevýznamnými stratami energie prúdov cirkulujúcich cez vinutia a jadrá, čo umožňuje dosiahnuť úroveň účinnosti až 99%.
K nevýhodám by mala byť pridaná potreba zariadenia s nulovým uzemnením. Vzhľadom na existujúcu pravdepodobnosť skratu a možnosť prenosu vysokého napätia po sieti existujú určité obmedzenia pre autotransformátory.
V dôsledku galvanického spojenia vinutí hrozí nebezpečenstvo atmosférického prepätia medzi nimi. Napriek týmto nedostatkom sa však autotransformátory stále používajú v rôznych oblastiach.