Автотрансформаторы - устройство, приницип действия, достоинства и недостатки. Тр-ры тока и напряжения

Трансформаторы тока

Чтобы понять, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения, необходимо знать особенности первого и второго устройства. Трансформаторы тока созданы - в первую очередь - как измерительные или же защитные приборы.

• Защитные трансформаторы

Основную функцию данных трансформаторов легко понять. Они строго «следят» за тем, чтобы каждый, кто залез в электрическую сеть, не получил смертельный удар. Отличительной особенностью является строгое контролирование. В самой электрической системе для комфортной работы приборов поддерживается очень высокое напряжение. Однако любая техника рано или поздно может дать сбой, поэтому обязательно нужно оставить окно, через которое специалисты-ремонтники смогут проверять состояние сети, проводить профилактические работы. Происходит это за счет трансформатора тока, который в определенном месте дает максимально безопасный доступ.

• Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы представляют собой особые приборы. Основная их задача - преобразовывать переменный ток, в итоге получается такой же переменный, но уже с допустимыми для измерения значениями. С помощью данного устройства можно подключить к цепи вольтметр, амперметр или любой другой измерительный прибор.

Также имеется дополнительная функция - возможность подключить любую технику, не испортив ее, а также получить максимально точный и правильный результат измерений (иногда даже десятые доли могут радикально изменить картину).

Независимо от конкретного типа основная особенность трансформатора тока заключается в особой точности, а также в возможности образовывать некоторую необходимую безопасную изоляцию.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы тока и напряжения имеют разное предназначение.

Вторые созданы для изменения напряжения с высокого на низкое и наоборот. Это отличный способ «подогнать» определенную электрическую сеть под нужный стандарт.

Подобные трансформаторы позволяют достичь необходимого уровня безопасности, предотвратить огромное количество чрезвычайных происшествий, спасти жизни и здоровье людей, а также оставить огромное количество приборов исправными.

Мало кто знает, что трансформаторы напряжения присутствуют практически в каждом приборе для того, чтобы защитить его от внезапного повышения напряжения, например, при ударе молнии или же в случае нарушения правил эксплуатации.

Основное отличие

Основное отличие этих двух трансформаторов (напряжения и тока) заключается именно в их предназначении и функциях, которые они надежно выполняют.

Основная задача устройства для тока состоит в защите или в обеспечении точности, которая просто необходима для различных измерений или же любого обслуживания электрических сетей как в конкретном месте, так и в комплексе.

Назначение же трансформатора напряжения связано не с проверками и измерениями и даже не с ремонтом и профилактикой, а непосредственно с эксплуатацией. Невозможно запустить сеть без данного аппарата. Обязательно нужно преобразовывать напряжение с пониженного на повышенное. Именно с помощью подобных трансформаторов можно использовать везде универсальную электрическую сеть, ток в которой изменяется данным аппаратом и подходит под любую технику, будь то бытовые приборы или же устройства промышленного назначения.

Также стоит отдельно отметить опасность каждого трансформатора. Угрожает безопасности отсутствие или неработоспособность устройства, регулирующего напряжение: если неожиданно единица измерения повысится в большую сторону, то могут быть очень серьезные последствия, которые чреваты разнообразными трагедиями - от пожаров до других бедствий. Также отсутствие изоляции угрожает ремонтникам, а отсутствие точных измерений может нарушить работу; но слишком серьезных последствий практически невозможно добиться.

Предназначение в электрической сети

Присутствие и одного, и другого трансформатора в электрической сети незаменимо. Трансформатор напряжения встречается практически везде. Он может быть встроен в каждый бытовой прибор. Обязательно находится в общедомовой сети, не говоря уже о более серьезных промышленных объектах. Отличительной особенностью работы трансформатора тока является то, что он не нужен на каждом мелком объекте, он подходит для достаточно крупных предприятий, куда подводится сеть очень большой мощности. Настолько большой, что необходима дополнительная изоляция даже для того, чтобы просто измерить все величины.

Не стоит путать эти трансформаторы, это может иметь очень печальные последствия. Нужно грамотно разбираться в данной технике для того, чтобы устанавливать и ремонтировать ее, правильно пользоваться и знать все опасности.

Инженерный центр "ПрофЭнергия" имеет все необходимые инструменты для качественного проведения диагностики трансформаторов, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории "ПрофЭнергия" вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Найти информацию о том, чем отличаются трансформаторы тока от трансформаторов напряжения непросто из-за недостатка информации по этой теме. В рамках этой статьи вы узнаете все необходимой по данной теме и сможете разобраться. В чем отличие в роли и специфике применения каждого типа трансформаторов.

Что такое трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения в свое время были разработаны для перехода с высокого напряжения на более низкое, а также наоборот. Сегодня они чаще всего используются для того, чтобы привести какую-то отдельную электрическую сеть к определенному стандарту. Трансформаторы напряжения могут предотвратить массу происшествий, которые могут быть вызваны чрезвычайно высоким или низким напряжением, увеличивают степень безопасности всей сети. Они также предотвращают порчу приборов, которая зачастую может быть вызвана свойствами электрической сети.

Трансформатор напряжения, пусть и небольшой, присутствует почти в каждом приборе, работающем от электричества, будь то компьютер или насос. Они защищают технику от перепадов напряжения и тем самым продлевают срок службы.

Что такое трансформаторы тока

Трансформаторы тока сконструированы, прежде всего, как измерительное устройство, но они также выполняют защитные функции. Трансформаторы тока постоянно встраиваются в такие приборы, как измерительные реле, счетчики энергии и т.д. Существует несколько типов трансформаторов тока, каждый из которых подробно описан ниже:

Они занимаются преобразованием переменного тока таким путем, чтобы затем можно было измерить его значения. Измерительные трансформаторы применяют, когда к сети нужно подключить амперметр, вольтметр и другие устройства. Измерительные трансформаторы тока дают не только предельно точные измерения мощности напряжение, но предоставляют некую минимально необходимую для безопасности изоляцию.

Важнейшая функция этих устройств понятная из самого их названия. Эти приборы необходимы для того, чтобы каждый подключенный к сети прибор не получил чрезвычайно мощный заряд тока, способный испортить его. Гаджет строго контролирует состояние сети и при этом поддерживает в ней очень высокое напряжение. Защитный трансформатор тока также предоставляет «свободное окно» на случай сбоев в работе устройств и/или сети. Этим окном смогут воспользоваться специалисты, который займутся починкой системы.

Лабораторные . Эти устройства встречаются нечасто и в основном используются в различных исследованиях и экспериментах, отсюда и название. В повседневной практике вы их вряд ли встретите, поэтому стоит ограничиться двумя предыдущими типами.

Ключевые отличия между трансформаторами

Главное отличие между трансформатором напряжения и трансформатором тока кроется в том, какую роль играют эти устройства в рамках электрической сети и для каких целей их туда устанавливают.

Устройство для тока сосредоточено на защите и гарантировании точности. Эти две вещи критически необходимы в проведении измерений и при обслуживании сетей. По этой причине отказаться от использования трансформатора тока просто невозможно, и он обязательно должен присутствовать.

Вместе с тем трансформатор напряжения никак не связан с измерениями, проверками, а также тонкостями технического обслуживания приборов. Он относится напрямую к их эксплуатации. Сегодня привести электросеть в рабочее состояние без него просто нереально. Смена силы напряжения с повышенной на пониженную критически необходима. Именно трансформатор напряжения позволяет использовать повсеместно одну универсальную электрическую сеть вне зависимости от того, какую технику вы собираетесь подключать. Это могут быть промышленное оборудование. Бытовые устройства и прочие приборы – сеть сможет питать всю технику без нанесения повреждений.

При этом необходимо обратить внимание на угрозу, которая способна исходить от каждого из трансформаторов. Вернее, угроза кроется в отсутствии или неисправности трансформаторов. Без трансформатора напряжения ваша сеть перестанет регулироваться и многие подключенные к ней устройства могут просто «сгореть» из-за слишком высокого уровня напряжения, либо просто отключаться по причине слишком низкой мощности сети.

Вывод

Теперь вы понимаете, чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжений. Реальный отличия между данными устройствами очень существенны. Они ни в коем случае не заменяют друг друга и их никогда нельзя путать. Недостаток любого из приборов в электросети или его сбой могут обернуться очень серьезными негативными последствиями, поэтому часто практикуют установку дополнительный, резервных приборов.

Автотрансформаторы бывают повышающие и понижающие, однофазные и трехфазные. Применяются они для питания бытовых приборов, пуска асинхронных электрических двигателей, в промышленных электрических сетях. В быту автотрансформаторы используют для регулировки напряжения сети, если оно завышено или занижено. В промышленности с их помощью уменьшают пусковые токи электрических двигателей, повышают напряжение в линиях электропередач для уменьшения потерь.

Чем отличается автотрансформатор от трансформатора

У обычного трансформатора первичные и вторичные обмотки электрически не связаны, энергия между ними передается посредством магнитного поля. Автотрансформатор фактически имеет одну обмотку, от которой отходят выводы. Помимо электромагнитной связи, обмотки автотрансформатора связаны электрически.

Устройство автотрансформатора

В простейшем случае, на замкнутом магнитопроводе располагаются две обмотки соединенные последовательно. В зависимости от варианта подключения источника энергии и нагрузки, автотрансформатор может работать как повышающий или как понижающий.

Существует конструкция, в которой реализован механизм ручного регулирования выходного напряжения (Вариак, ЛАТР). Так же применяются блоки автоматической регулировки с обратной связью, по сути, автотрансформатор с таким устройством можно назвать стабилизатором напряжения.

В автотрансформаторе энергия передается не только магнитным потоком, но и электрически, так как обмотки имеют гальваническую связь. Чем ближе коэффициент трансформации к 1, тем меньше энергии передается электромагнитным способом.

Ниже вы видите схему понижающего автотрансформатора, к первичной обмотке которого подключен источник переменного напряжения, а к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка, в виде лампы накаливания.

В режиме холостого хода автотрансформатор работает так, как и обычный трансформатор. Когда подключена нагрузка, переменный магнитный поток возникающий в сердечнике индуктирует в витках вторичной обмотки ЭДС, направленную навстречу ЭДС источника энергии. Поэтому ток протекающий по вторичной обмотке равен разнице между током нагрузки и током первичной цепи. Это позволяет вторичную обмотку изготавливать из провода малого диаметра. Экономия на меди, тем меньше, чем больше коэффициент трансформации отличается от единицы.

Автотрансформатор эффективнее трансформатора и дешевле в изготовлении, при условии, что коэффициент трансформации не сильно отличается от единицы. Существенным недостатком с точки зрения безопасности, является отсутствие гальванической развязки между обмотками.

Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не , а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Рис. 1 Схемы однофазных автотрансформаторов: а - понижающего, б - повышающего.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1 , то оба тока геометрически сложатся, и по участку a Х будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.

В электромагнитных преобразователях энергии - трансформаторах - передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Трансформатор и автотрансформатор

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации - мало отличается от единицы и но более 1,5 - 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.

Лабораторные регулируемые однофазные автотрансформаторы состоят из кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода, обмотанного одним слоем изолированного медного провода (рис. 2).

От этой обмотки сделано несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать эти устройства как понижающие или повышающие автотрансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В.

При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.

Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Трехфазные автотрансформаторы

Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.

В трехфазных автотрансформаторах фазы обычно соединяют звездой с выведенной нейтральной точкой (рис. 3). При необходимости понижения напряжения электрическую энергию подводят к зажимам А, В, С и отводят от зажимов а, b , с, а при повышении напряжения - наоборот. Их применяют в качестве устройств для снижения напряжения при пуске мощных двигателей, а также для ступенчатого регулирования напряжения на зажимах электрических печей.

Рис. 3. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкой

Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы используются также в высоковольтных электрических сетях.

Трехфазные автотрансформаторы, как правило, на стороне высшего напряжения соединяются в звезду с нулевым проводом. Соединение в звезду обеспечивает снижение напряжения, на которое рассчитывается изоляция автотрансформатора.

Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

Недостатки автотрансформаторов

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.

Существенный недостаток автотрансформаторов - гальваническая связь между первичной и вторичной цепями, что не позволяет использовать их в качестве силовых в сетях 6 - 10 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди.

При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. При этом все части эксплуатируемой установки окажутся соединенными с высоковольтной частью, что не допускается по условиям безопасности обслуживания и из-за возможности пробоя изоляции токопроводящих частей присоединенного электрооборудования.

Трансформаторы являются довольно разнообразной группой оборудования, имеющей существенные внутренние различия по назначению и конструктивным особенностям. Кроме того, работа различного оборудования требует различного напряжения. Существуют средние значения. Которые учитываются при составлении технического допуска на подключение. Например, домашние бытовые приборы рассчитаны на 220, а то и на 110 В. А вот оборудование промышленного типа использует 380 В. Для них предусмотрены свои варианты, более легкие и недорогие. Но прежде чем решиться на использование, следует знать в чем разница между трансформатором и автотрансформатором.

Для чего снижают напряжение?

Передача электроэнергии на дальние расстояния требует высоких показателей напряжения, в противном случае потери при транспортировке энергии сделают процесс нерентабельным. Но, чтобы использовать электроэнергию в промышленных и, тем более, бытовых целях, требуется ее снижение. Делается это постепенно, благодаря системе трансформаторов, а также их более мобильных аналогов — автотрансформаторов.

Несмотря на то, что все приборы такого типа призваны преобразовать исходное напряжение до желаемого, трансформаторы можно разделить на два типа. Первые — повышающие — увеличивают напряжение, поддерживая его на достаточном уровне для продолжения транспортировки или для использования в промышленных целях. Вторые — понижающие — напротив, снижают напряжение, позволяя использовать энергию в бытовых целях.

Что представляют собой оба устройства?

Любой трансформатор — это прибор статического типа, который преобразует переменный ток, частоту, а также число фаз. Это устройство включает в себя две или больше обмоток, которые наматываются на один для всех сердечник из стали. Одна из обмоток обязательно должна быть подключена к источнику переменного тока. Остальные могут быть соединены с конечными потребителями. В результате между ними наблюдается как электромагнитная, так и электрическая связи. Дополнительно обмотка автотрансформатора оснащена тремя и более выводами, то есть имеется возможность подключаться к разным выводам и, соответственно, получать разные значения напряжения.

В основе принципа работы лежит небезызвестная электромагнитная индукция. Проще говоря, меняющийся при прохождении через обмотку магнитный поток образует в ней электродвижущую силу.

Такой тип трансформаторов прекрасно подходит для смены напряжения в сравнительно малом диапазоне.

В чем отличия трансформатора от автоварианта?

Разница между трансформатором и автотрансформатором — это число обмоток. Больше - у трансформаторов, автотрансформаторы имеют всего один экземпляр.

Очевидные плюсы автовариантов обнаруживаются при применении в сетях с уровнем напряжения от 150 кВ и более. Эти приборы дешевле, да и потери в обмотках у них на порядок меньше. Размером автотрансформаторы тоже уступают своим статичным аналогам.

Помимо этого, у автотрансформаторов гораздо выше коэффициент полезного действия. Такое возможно благодаря частичному преобразованию мощности. Стоимостные преимущества же обосновываются меньшим расходом материалов, а соответственно, меньшей массой и большей компактностью.