Чем отличается автотрансформатор от трансформатора, устройство, назначение, принцип действия

Принцип работы

Принцип работы лабораторного трансформатора можно рассмотреть на примере компактной и облегченной модели ЛАТР-1М, рассчитанной на ток до 9А. Чем меньше значение максимального тока, тем больше возрастает вероятность выхода прибора из строя от перегорания. В данном случае однофазный ЛАТР обеспечивает плавную регулировку напряжения в диапазоне 0-250 В, не прерывая электрическую цепь.

Провода в разных комбинациях могут подключаться к шести клеммам:

• Первоначальными выходными клеммами являются Б или Д, а точка В соединяется с регулятором. Вращением рукоятки можно получить выходное напряжение в пределах 0-250В. Получение нужного значения в ЛАТР обеспечивает схема подключения, которую нужно правильно выбрать, в зависимости от подачи входного напряжения.
• Клеммы на входе, у которых обозначение Д и Е, предназначены под переменный ток 220В.
• Выход к нагрузке в диапазоне 0-250В – через контакты Б и В.
• Под входное напряжение 127В предусмотрены клеммы Г и Д.
• При входном напряжении 250В задействованы контакты А и Д.

Принцип действия этой и других моделей состоит в использовании коэффициента трансформации, изменяющего свое значение, когда графитовый элемент начинает двигаться по дорожке обмотки без изоляции в процессе вращения регулятора. В крайнем максимальном положении вместо 220 получается 250В. Эта разница обеспечивается дополнительными витками.

Точно так же действует и трехфазный прибор. При подаче на входы А-Д напряжения 127В, происходит пропорциональное уменьшение значений шкалы. И, наоборот, при подаче слишком большого тока прибор с большой вероятностью выйдет из строя.

Техника безопасности при работе с ЛАТРом

Хочется также добавить пару слов о технике безопасности. Есть ЛАТРы без гальванической развязки. Это означает, что фазный провод из сети идет прямо на выход такого ЛАТРа. Схема ЛАТРа без гальванической развязки выглядит вот так:

В этом случае на выходной клемме ЛАТРа может появиться напряжение сети 220 Вольт с вероятностью 50/50. Все зависит от того, как вы воткнете сетевую вилку ЛАТРа в розетку 220 Вольт.

Если присмотреться к схемотехническому изображению на самой лицевой панели ЛАТРа Ресанта, то можно увидеть, что клемма «Х» и «х»  (те, которые два нижних) связаны между собой проводником.

То есть если на клемме «Х» фаза, то и на клемме «х» тоже будет фаза! Вы ведь не будете каждый раз замерять фазу в розетке, чтобы воткнуть правильно вилку? Поэтому БУДЬТЕ крайне ОСТОРОЖНЫ! Старайтесь не задевать голыми руками выходные клеммы ЛАТРа!

В принципе я задевал и ничего со мной такого не произошло. Дело оказалось в том, что у меня деревянный пол, который почти является диэлектриком. Замерял напряжение между мной и фазой — вышло около 40 Вольт. Поэтому я и не чувствовал эти 40 Вольт. Если бы я взялся одной рукой за батарею или встал бы голыми ногами на землю, а другой рукой взялся бы за выход «х» ЛАТРа, то меня тряхануло бы очень и очень сильно, так как через меня бы прошли  все полноценные 220 Вольт.

Особенности

Схема замещения автотрансформатора позволяет сэкономить на количестве медного проводника. Для такого оборудования необходима проволока меньшего сечения. Это обеспечивает значительную экономию материалов и относительно невысокую стоимость аппарата. Сократить расходы на изготовление представленного оборудования удается благодаря снижению количества стали для изготовления магнитопривода. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы значительно отличаются размером сечения сердечника.

Устройство современного автотрансформатора делает оборудование востребованным, если показатель трансформации приближается к 1 или находится в пределах от 1,5 до 2. Если же коэффициент будет больше 3, применение подобного прибора становится неоправданным.

По многим параметрам принцип работы автотрансформатора, его конструкция и детали мало отличаются от обычных двухобмоточных трансформаторов.

Различные режимы работы автотрансформаторов позволяют устранить недостатки бытовой электросети. Это необходимо, например, когда напряжение не дотягивает или, наоборот, немного превышает стандартную норму 220 В. Особенности конструкции автотрансформатора позволяют выполнять настройку с определенным шагом. Электронный автотрансформатор, имеющий в своем составе коммутационную и регулирующую систему выполняет этот процесс автоматически.

Зачем требуется снижение напряжения в сети

Электрическую энергию принято транспортировать на большие расстояния при максимальных уровнях напряжения. Если электричество будет иметь бытовой уровень напряжения 220 В или даже напряжение 380 В для использования на крупных объектах, при его транспортировке будут происходить ощутимые потери, из-за чего передача электрической энергии станет затратной для сетевых предприятий. Таким образом, электричество транспортируют с высоким напряжением, а потому, для его использования конечными потребителями, уровень напряжения электроэнергии должен быть существенно снижен. Снижают уровень напряжения электричества с помощью специальных устройств, называемых трансформаторами. Автотрансформаторы отличаются значительно меньшими габаритами, они удобны в эксплуатации и просты в монтаже, хотя и не отличаются столь же высокой функциональностью, которая характерна для стандартных устройств. Специалисты обязаны разбираться в видах и особенностях трансформаторов для организации надежных электросистем.

Нельзя сказать, что единственным назначением трансформаторов является снижение уровня напряжения электрической энергии. Помимо понижающего оборудования, которое требуется для электроснабжения конечных потребителей, в электрических сетях используются и повышающие устройства. Повышающие приборы в цепи требуются для того, чтобы транспортировать электроэнергию на большие расстояния с минимальным уровнем потерь.

О принципе работы устройств

Регулируемый лабораторный автотрансформатор, сокращенно LATR, представляет собой устройство на основе магнитопровода с медной обмоткой, где происходит электрическое соединение. Угольная щетка движется по обмотке, создавая контакт с подключенным потребителем электроэнергии. В зависимости от положения щетки изменяется коэффициент трансформации, что, в свою очередь, влияет на значение выходного напряжения. Благодаря поворотному регулятору, с помощью которого изменяется положение щетки, можно масштабировать значение напряжения тока, подаваемого на нагрузку.

Электропотребители подключаются к лабораторному автотрансформатору через выходные клеммы, в свою очередь, само устройство подключается к центральной электрической сети через входные клеммы или путем подключения электрической вилки к розетке.

Основное отличие лабораторных автотрансформаторов от обычных состоит в том, что подвижный контакт в обмотке позволяет изменять количество включенных в цепь витков и тем самым позволяет устанавливать напряжение в широком диапазоне, например в однофазной сети. – от 0 до 250 В, в трехфазной сети – от 0 до 430 В. Изменение количества витков происходит плавно, поэтому можно получить максимально точные значения напряжения и чистую синусоиду на выходе. Кроме того, это устройство легче и компактнее аналогов, выполненных по традиционной схеме, и имеет гораздо более высокий КПД (до 98%). Для контроля работы на панели управления есть вольтметр, а вентиляционные решетки в корпусе способствуют естественному охлаждению устройства и предотвращают перегрев.

Что такое коэффициент трансформации

Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.

В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:

• первичной;
• вторичной.

Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.

Для силового трансформатора

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

где:

• U1 и U2 — напряжение в первичной и вторичной обмотки,
• N1 и N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке,
• I1 и I2 — ток в первичной и вторичной обмотки.

Трансформатор тока

Формула для вычисления коэффициента трансформации ТТ:

Значения коэффициентов обычно очень большие по сравнению с силовым трансформатор. Величины могут быть такими, как представлено в таблице:

Определим коэфф. трансформации: возьмём ТТ со значениями которые выделены в таблице 600/5 = 120. Также можно взять любой трансформатор 750/5 = 150; 800/2 = 400 и тд.

Трансформатор напряжения

Формула для вычисления коэффициента трансформации ТН:

Давайте рассчитаем коэффициент трансформации для ТН который показана на фото ниже:

Нужно взять напряжение первичной обмотки(красная стрелка) и разделить на напряжение вторичной обмотки(жёлтая стрелка). 35000/100 = 350.

Коэффициент трансформации электросчетчика

Величина коэффициента трансформации широко применяется для приборов учета электроэнергии. Эти данные необходимы для правильного выбора электросчетчика и дальнейших расчетов реального энергопотребления. С этой целью используется дополнительный показатель – расчетный коэффициент учета.

Для того чтобы определить данную величину с прибора учета электроэнергии снимаются показания и умножаются на коэффициент трансформации подключенного трансформаторного устройства. Например, решая задачу, как найти нужный показатель, 60 кВт/ч нужно умножить на коэффициент, равный 20 (30, 40 или 60). В результате умножения получается 60 х 20 = 1200 кВт/ч. Полученной значение и будет реальным расходом электроэнергии.

Существуют различные виды приборов учета. По своему принципу действия они могут быть одно- или трехфазными. Они не подключаются напрямую, между ними в цепь обязательно включается трансформатор тока. Некоторые конструкции счетчиков предполагают возможность прямого включения. В сетях с напряжением до 380 вольт используются счетчики 5-20 ампер. На счетчик поступает электроэнергия в чистом виде, с постоянным значением.

В настоящее время используются индукционные приборы учета, которые постепенно заменяются электронными моделями. Они считаются устаревшими, поскольку не могут выполнять учет потребленной электроэнергии по разным тарифам. Кроме того, они не могут передавать данные на удаленное расстояние. Поэтому на смену им приходят электронные счетчики, способные напрямую преобразовывать поступающий ток в определенные сигналы. В этих конструкциях отсутствуют вращающиеся части, что способствует существенному повышению их надежности и долговечности. Коэффициент трансформации счетчиков оказывает прямое влияние на точность получаемых данных.

Необходимые параметры при выборе ЛАТРа

Сила тока, проходящего через обмотки автотрансформатора, зависит от двух величин: мощности нагрузки и выходного напряжения.

То есть, подключая то или иное оборудование (нагрузку) с разной потребляемой мощностью и регулируя с помощью поворотной ручки напряжение на выходе ЛАТР, величина тока изменяется. Итак, чтобы не превысить максимально допустимый ток ЛАТР, все манипуляции с устройством нужно проводить осознанно, понимая значение каждой величины и постоянно контролируя ток по формуле.

Основным критерием выбора модели LATR является ток, который будет протекать через нее. В паспорте указывается максимальный ток для каждой модели стабилизаторов напряжения. Например, у модели SUNTEK 5000 максимальный ток составляет 20 Ампер. То есть, если потребитель используется при напряжении 250 Вольт, 250 умножаем на 20 и получаем допустимую мощность 5000 Вт. Но! Если вы хотите использовать 100-вольтный LATR, максимальный ток останется прежним, 20 ампер, поэтому максимальная мощность будет 100 умноженная на 20, что в сумме составит 2000 Вт. Этот закон должен всегда использоваться для того, чтобы LATR функционировал долго и безупречно.

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.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества автотрансформаторов закономерно снижаются в условиях повышения трансформирующего коэффициента, и именно по этой причине агрегаты такого типа недопустимо использовать при питании распределительной электрической сети 220 В от напряжения шесть тысяч Вольт.

Таким образом, достоинства автотрансформатора максимально проявляются при наименьшем коэффициенте трансформации, и в этом случае бывают представлены:

• незначительным расходом стали для изготовления сердечника;
• пониженным расходом меди для производства обмоток;
• простотой и незначительными габаритами конструкции;
• почти максимальным коэффициентом полезного действия, достигающим показателей 99 %;
• меньшими потерями на обмотках и стальных магнитных проводах;
• частичной передачей энергии с использованием электрических связей;
• достаточной полезной мощностью;
• наименьшими изменениями напряжения в условиях смены нагрузки;
• доступной для рядового потребителя стоимостью.

При наличии высшего и низшего напряжения в условиях одного порядка отсутствуют препятствия для электрического соединения цепей.

Основные недостатки автотрансформатора заключаются в малом сопротивлении короткого замыкания, объясняющим высокую токовую кратность и возможность передачи высшего напряжения в сеть с низкими показателями, что обусловлено наличием электрической связи. Низковольтная схема внутри устройства напрямую зависит от наличия в сети достаточно высокого уровня напряжения, поэтому для предотвращения сбоев разрабатываются специальные схемы.

Лабораторный автотрансформатор

Кроме всего прочего, небольшое рассеивание, возникающее между обмотками, может спровоцировать короткое замыкание

Важно помнить, что соединение между обмотками в обязательном порядке должно быть максимально равномерным, а нейтраль обладает исключительно двумя блоками

Следует отметить, что из-за конструктивных особенностей автотрансформатора достаточно проблематично сохранять целостность электромагнитного баланса, а балансировка потребует увеличения габаритов, что негативно сказывается на весе и стоимости прибора.

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.

Недостатки

Перед тем, как вводить в эксплуатацию представленное оборудование, необходимо изучить его основные недостатки:

• Схема низковольтного типа будет значительно зависеть от высокого уровня напряжения. Чтобы избежать возникновения сетевого сбоя, потребуется создать продуманную систему подачи низкого напряжения. Только в таком случае прибор сможет перенести повышенные нагрузки.
• Поток, рассеивающийся между обмотками, незначителен. При возникновении определенных неисправностей может возникнуть короткое замыкание. Его вероятность в этом случае значительно увеличивается.
• Соединения, которые создаются между вторичными и первичными обмотками, должны быть идентичными. В противном случае могут возникнуть некоторые проблемы при работе агрегата.
• Невозможно создать систему с заземлением с одной стороны. Нейтралью должны обладать оба блока.
• Представленная система делает трудной задачей сохранение электромагнитного баланса. Для улучшения этого показателя потребуется увеличить корпус прибора. Если диапазон трансформации будет значительным, экономия ресурсов будет незначительной.

Также следует отметить, что выполняя ремонт автотрансформатора, устраняя возникшие неполадки и аварийные ситуации, может снизиться безопасность работы обслуживающего персонала. Высшее напряжение может наблюдаться и на низшей обмотке. В этом случае все элементы системы окажутся подведены к высоковольтной части. По правилам безопасности такое положение вещей недопустимо. В этом случае возникает вероятность пробоя изоляции проводников, которые присоединены к электрооборудованию.

Рассмотрев основные особенности работы и устройства автотрансформаторов, можно сделать выводы о целесообразности их применения в своих целях.

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.

Когда необходим лабораторный автотрансформатор?

Многие знают, что для коррекции напряжения в сети можно использовать стабилизатор. Тогда для чего нужен автотрансформатор? Есть ли какие-то особенные условия его применения или оба эти устройства выполняют одну и ту же задачу? Далее мы рассмотрим эти вопросы более детально.

Корректировать показатели тока в электросети приходится из-за нестабильной подачи электроэнергии и связанных с этим сильных скачков напряжения. Вообще, нормальным отклонением считается 10-15 В, большинство современных электротехнических устройств рассчитано на такие перепады, поэтому они проходят практически незаметно. Если же напряжение в однофазной сети повышается до 260-270 В, то это может привести к выходу из строя работающей в этот момент бытовой техники, инструмента и оборудования. При пониженном напряжении включить мощную технику и вовсе не удастся.

Выйти из этой ситуации можно, искусственно скорректировав напряжение с помощью стабилизатора или автотрансформатора. Разница лишь в том, что первый вариант подойдет для использования в сети, где скачки происходят постоянно, то есть напряжение может резко снижаться, повышаться, но затем снова нормализуется. Стабилизатор подстроится под эти изменения и будет подавать на нагрузку исключительно 220 В. Что касается лабораторного автотрансформатора, то он не имеет такой возможности, так как не рассчитан на автоматическое изменение параметров. При его использовании напряжение на выходе будет меняться пропорционально изменению напряжения в центральной сети. То есть в случае, когда напряжение составляет 180 В, с помощью автотрансформатора его можно увеличить до 220 В, но как только оно подскочит до 220 В, на подключенную нагрузку будет подаваться ток напряжением в 260 В. Это также может вывести из строя всю работающую технику. Поэтому при частых колебаниях в электросети лучше использовать стабилизатор. Если же наблюдается постоянная «просадка» напряжения и его значение находится примерно на одной отметке, что очень часто бывает в дачных или коттеджных поселках, то подойдет автотрансформатор.

Но это далеко не единственный случай, когда рекомендуется использование именно этого прибора. Если нужно специально понизить напряжение в сети, например, для подключения электротехники, рассчитанной на 110 В, стабилизаторы вряд ли способны обеспечить такие показатели, ведь в большинстве случаев рабочий диапазон у них составляет от 135 до 250 В или от 150 до 290 В. ЛАТР способен работать в более широком диапазоне, что позволяет использовать его для следующих целей:

• для тестирования высокочувствительной медицинской аппаратуры и промышленного оборудования.
• для наладки работы сложной радиоэлектроники.
• для ремонта магнитолл и других электротехнических устройств автомобиля.
• для зарядки аккумуляторных батарей автомобилей и оборудования.
• для питания приборов и техники с нестандартным напряжением.

Итак, стабилизатор напряжения необходим для поддержания стандартного напряжения в электросети в небольшом диапазоне отклонений. Лабораторный автотрансформатор предназначен для питания потребителей с нестандартными показателями напряжения, так как дает возможность устанавливать практически любые значения в широком диапазоне.

В вашем случае необходим именно ЛАТР? Тогда для его эффективной работы нужно учесть несколько факторов. О том, как подобрать подходящую модель, мы и расскажем далее.

Где используются

Основными областями применения устройств являются:

1. Компенсация падения потенциала в распределительных системах, которое производится повышением значений напряжения питания.
2. Системы управления асинхронных и синхронных двигателей, где наличие автотрансформатора с несколькими ответвлениями облегчает запуск.
3. В условиях исследовательских лабораторий, когда требуется варьировать электрические переменные в широких пределах.

Данные устройства используются также для регулировки яркости света; такие приборы называют диммерами

В этих случаях особое внимание уделяют правильному подбору предохранителей, в противном случае более высокое напряжение питания может оказаться на вторичных клеммах