Αυτομετασχηματιστές — συσκευή, αρχές, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Σκοπός, συσκευή και αρχή λειτουργίας των αυτομετασχηματιστών

Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι απαραίτητο να μεταβάλλεται η τάση σε ένα μικρό εύρος. Ο ευκολότερος τρόπος για να το κάνετε αυτό δεν είναι μετασχηματιστές διπλής περιέλιξηςκαι απλές περιελίξεις που ονομάζονται αυτομετασχηματιστές. Εάν ο συντελεστής μετασχηματισμού είναι ελαφρώς διαφορετικός από τη μονάδα, τότε η διαφορά μεταξύ του μεγέθους των ρευμάτων στις πρωτεύουσες και στις δευτερεύουσες περιελίξεις θα είναι μικρή. Τι θα συμβεί αν συνδυάσετε τα δύο πηνία; Θα λάβετε ένα διάγραμμα ενός αυτομετασχηματιστή (Εικ. 1).

Οι αυτομετασχηματιστές ταξινομούνται ως μετασχηματιστές ειδικού σκοπού. Οι αυτομετασχηματιστές διαφέρουν από τους μετασχηματιστές στο ότι η περιέλιξη χαμηλής τάσης τους είναι μέρος της περιέλιξης υψηλότερης τάσης, δηλαδή, τα κυκλώματα αυτών των περιελίξεων δεν έχουν μόνο μαγνητική, αλλά και γαλβανική σύνδεση.

Ανάλογα με τη συμπερίληψη των περιελίξεων του αυτομετασχηματιστή, μπορεί να συμβεί αύξηση ή μείωση της τάσης.

Ρύζι.1 Σχέδια μονοφασικών αυτομετασχηματιστών: a-step-down, b-step-up.

Εάν συνδέσετε μια πηγή εναλλασσόμενης τάσης στα σημεία Α και Χ, τότε θα εμφανιστεί μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στον πυρήνα. Ένα EMF του ίδιου μεγέθους θα προκληθεί σε κάθε στροφή του πηνίου. Προφανώς, μεταξύ των σημείων a και X θα υπάρχει ένα EMF ίσο με το EMF μιας στροφής επί τον αριθμό των στροφών που έκλεισαν μεταξύ των σημείων a και X.

Εάν συνδέσετε στο πηνίο στα σημεία a και X οποιοδήποτε φορτίο, τότε το δευτερεύον ρεύμα I2 θα περάσει από μέρος του πηνίου και βρίσκεται μεταξύ των σημείων a και X. Επειδή όμως το πρωτεύον ρεύμα διέρχεται από τις ίδιες στροφές I1, τότε τα δύο ρεύματα θα προσθέσει γεωμετρικά και μια πολύ μικρή ποσότητα ρεύματος θα ρέει κατά μήκος του τμήματος aX, που καθορίζεται από τη διαφορά μεταξύ αυτών των ρευμάτων. Αυτό επιτρέπει την κοπή ενός τμήματος της περιέλιξης από σύρμα μικρού μετρητή για εξοικονόμηση χαλκού. Αν σκεφτούμε ότι αυτό το τμήμα αποτελεί την πλειοψηφία όλων των στροφών, τότε η οικονομία του χαλκού είναι πολύ αισθητή.

Επομένως, συνιστάται η χρήση αυτομετασχηματιστών για ελαφρά μείωση ή αύξηση της τάσης, όταν ρυθμίζεται μειωμένο ρεύμα στο τμήμα περιέλιξης, το οποίο είναι κοινό και στα δύο κυκλώματα του αυτομετασχηματιστή, το οποίο επιτρέπει να το κάνετε με ένα λεπτότερο καλώδιο και να εξοικονομήσετε μη σιδηρούχα μέταλλα. Ταυτόχρονα μειώνεται η κατανάλωση χάλυβα για την παραγωγή ενός μαγνητικού κυκλώματος, του οποίου η διατομή είναι μικρότερη από αυτή ενός μετασχηματιστή.

Στους μετατροπείς ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας - μετασχηματιστές - η μεταφορά ενέργειας από το ένα πηνίο στο άλλο πραγματοποιείται από ένα μαγνητικό πεδίο, η ενέργεια του οποίου συγκεντρώνεται στο μαγνητικό κύκλωμα.Στους αυτομετασχηματιστές, η ενέργεια μεταδίδεται τόσο μέσω ενός μαγνητικού πεδίου όσο και μέσω μιας ηλεκτρικής σύνδεσης μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος τυλίγματος.

Μετασχηματιστής και αυτομετασχηματιστής

Οι αυτομετασχηματιστές ανταγωνίζονται επιτυχώς τους μετασχηματιστές δύο περιελίξεων όταν ο λόγος μετασχηματισμού τους είναι ελαφρώς διαφορετικός από τη μονάδα και είναι μεγαλύτερος από 1,5 — 2. Όταν ο λόγος μετασχηματισμού είναι πάνω από 3, οι αυτομετασχηματιστές δεν δικαιολογούνται.

Δομικά, οι αυτομετασχηματιστές πρακτικά δεν διαφέρουν από τους μετασχηματιστές. Υπάρχουν δύο πηνία στους πυρήνες του μαγνητικού κυκλώματος. Τα καλώδια λαμβάνονται από δύο περιελίξεις και ένα κοινό σημείο.Τα περισσότερα μέρη αυτομετασχηματιστή δεν διακρίνονται δομικά από τα μέρη του μετασχηματιστή.

Εργαστηριακοί αυτομετασχηματιστές (LATR)

Οι αυτομετασχηματιστές χρησιμοποιούνται επίσης σε δίκτυα χαμηλής τάσης ως ρυθμιστές τάσης εργαστηρίου χαμηλής ισχύος (LATRs). Σε τέτοιους αυτομετασχηματιστές, η ρύθμιση της τάσης πραγματοποιείται μετακινώντας την επαφή ολίσθησης κατά μήκος των στροφών της περιέλιξης.

Οι μονοφασικοί αυτομετασχηματιστές ελεγχόμενοι από εργαστήριο αποτελούνται από ένα δακτυλιοειδές σιδηρομαγνητικό μαγνητικό κύκλωμα τυλιγμένο με ένα μόνο στρώμα μονωμένου χάλκινου σύρματος (Εικ. 2).

Από αυτό το τύλιγμα κατασκευάζονται πολλές σταθερές βρύσες, οι οποίες επιτρέπουν σε αυτές τις συσκευές να χρησιμοποιούνται ως αυτομετασχηματιστές υποβάθμισης ή ανόδου με μια ορισμένη σταθερή αναλογία μετασχηματισμού. Επιπλέον, στην επιφάνεια του πηνίου, καθαρισμένη από μόνωση, υπάρχει μια στενή διαδρομή κατά μήκος της οποίας κινείται η επαφή της βούρτσας ή του κυλίνδρου για να ληφθεί μια συνεχώς ρυθμιζόμενη δευτερεύουσα τάση που κυμαίνεται από μηδέν έως 250 V.

Όταν οι γειτονικές στροφές είναι κλειστές στο LATR, δεν συμβαίνει κλείσιμο στροφής επειδή τα ρεύματα γραμμής και φορτίου στη συνδυασμένη περιέλιξη του αυτομετασχηματιστή είναι κοντά το ένα στο άλλο και σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Οι εργαστηριακοί αυτομετασχηματιστές παράγονται με ονομαστική ισχύ 0,5. 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Σχηματική απεικόνιση ενός εργαστηριακού ελεγχόμενου μονοφασικού αυτομετασχηματιστή

Εργαστηριακός αυτομετασχηματιστής (LATR)

Τριφασικοί αυτομετασχηματιστές

Μαζί με μονοφασικούς αυτομετασχηματιστές δύο περιελίξεων, χρησιμοποιούνται συχνά τριφασικοί αυτομετασχηματιστές με δύο περιελίξεις και τριφασικοί αυτομετασχηματιστές τριών περιελίξεων.

Στους τριφασικούς αυτομετασχηματιστές, οι φάσεις συνδέονται συνήθως σε ένα αστέρι με ένα μυτερό ουδέτερο σημείο (Εικ. 3). Εάν είναι απαραίτητο να μειωθεί η τάση, η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται στους ακροδέκτες A, B, C και αποσύρεται από τους ακροδέκτες a, b, s και με αύξηση της τάσης — αντίστροφα. Χρησιμοποιούνται ως συσκευές μείωσης τάσης κατά την εκκίνηση ισχυρών κινητήρων, καθώς και για τη σταδιακή ρύθμιση της τάσης ακροδεκτών. θερμαντικά στοιχεία ηλεκτρικούς φούρνους.

Ρύζι. 3. Σχέδιο τριφασικού αυτομετασχηματιστή με σύνδεση αστέρα των φάσεων περιέλιξης με το ουδέτερο σημείο να έχει αφαιρεθεί

Τριφασικοί μετασχηματιστές υψηλής τάσης με τρεις περιελίξεις χρησιμοποιούνται επίσης σε ηλεκτρικά δίκτυα υψηλής τάσης.

Οι τριφασικοί αυτομετασχηματιστές, κατά κανόνα, στην πλευρά της υψηλότερης τάσης συνδέονται σε ένα αστέρι με ένα ουδέτερο καλώδιο. Η σύνδεση αστέρα παρέχει την πτώση τάσης για την οποία έχει σχεδιαστεί η μόνωση του αυτομετασχηματιστή.

Η χρήση αυτομετασχηματιστών βελτιώνει την απόδοση των ενεργειακών συστημάτων, μειώνει το κόστος μεταφοράς ενέργειας, αλλά οδηγεί σε αύξηση των ρευμάτων βραχυκυκλώματος.

Μειονεκτήματα των αυτομετασχηματιστών

Το μειονέκτημα του αυτομετασχηματιστή είναι η ανάγκη μόνωσης των δύο περιελίξεων για υψηλότερη τάση, αφού τα τυλίγματα είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένα.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα των αυτομετασχηματιστών είναι η γαλβανική σύνδεση μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος, η οποία δεν τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν ως τροφοδότες σε δίκτυα 6-10 kV όταν η τάση πέσει στα 0,38 kV, καθώς τροφοδοτούνται 380 V στον εξοπλισμό στον οποίο άνθρωποι δουλεύουν.

Σε περίπτωση βλαβών λόγω της παρουσίας ηλεκτρικής σύνδεσης μεταξύ των περιελίξεων στον αυτομετασχηματιστή, η υψηλότερη τάση μπορεί να εφαρμοστεί στο χαμηλότερο τύλιγμα. Στην περίπτωση αυτή, όλα τα μέρη της λειτουργικής εγκατάστασης θα συνδεθούν στο τμήμα υψηλής τάσης, το οποίο δεν επιτρέπεται λόγω ασφάλειας συντήρησης και πιθανότητας θραύσης της μόνωσης των αγώγιμων τμημάτων του συνδεδεμένου ηλεκτρικού εξοπλισμού.

Αυτομετασχηματιστές υψηλής τάσης