Автотрансформаторы

Советы по выбору

Автотрансформаторы 

Основные типы защиты автотрансформаторов

Область применения автотрансформаторов

Преимущества и недостатки автотрансформаторов

 Автотрансформаторы 

Трансформаторы – это статические электромагнитные устройства (без движущихся частей), преобразующие переменное напряжение и состоящие из первичной и вторичной обмоток, а также магнитопровода (ферромагнитного магнитомягкого сердечника) без особых потерь мощности. Трансформаторы различают по количеству обмоток: силовые, трансформаторы тока, напряжения, импульсные трансформаторы, разделительные, пик трансформаторы и автотрансформаторы. Автотрансформатор представляет собой трансформатор с прямой электрической связью между обмотками, причем обмотка низшего напряжения должна являться обмоткой высшего. Для увеличения износостойкости, а также улучшения контакта проводники обмотки покрываются специальным составом, содержащим никель, и полируются. При этом передача мощности из первичной сети во вторичную сеть происходит, помимо магнитной связи, еще и за счет электричества. У автотрансформаторов такие же соотношения напряжений и тока, как и у обычных трансформаторов. Магнитный поток автотрансформатора создается действием первичного и вторичного токов. Масса и размеры автотрансформатора определяются в зависимости от расчетной мощности. Если сравнить автотрансформатор с друхобмоточным трансформатором, то первого масса и размеры меньше. При этом КПД автотрансформатора всегда выше. Крепятся автотрансформаторы к корпусам приборов и устройств, в которых используются, при помощи специальных отверстий на изолированном кожухе. Автотрансформаторы имеют минимум три вывода с разными напряжениями. Отличием автотрансформаторов от обычных трансформаторов является более высокое значение КПД, что достигается из-за преобразования всего лишь части мощности и актуально при незначительных различиях напряжений входа и выхода. При этом существует недостаток, у автотрансформатора отсутствует изоляции между первичной и вторичной цепями. Причем при использовании такого трансформатора в промышленных целях это не является недостатком, при этом возникает еще и преимущество – меньший вес, размеры, расход материала для сердечника и естественно стоимость. Автотрансформаторы используются для плавного регулирования напряжения в сети, которое происходит при изменении коэффициента трансформации, а также для регулирования тока в системе энергоснабжения. При варианте, когда коэффициент трансформации имеет значение единица, вся энергия идет к потребителю. В этом случае применение автотрансформатора очень выгодно, его расчетная мощность мала по сравнению с заданной, и, что естественно, вес, размеры, стоимость и потери оказываются значительно меньшими, чем у трансформаторов такой же мощности. Автотрансформаторы выполняются часто с секционированной обмоткой, позволяющей использовать их для выбора и регулировки напряжений различных устройств. 
При использовании оборудования и устройств, специальных установок домашнего быта и в других областях некоторые элементы оборудования периодически могут выходить из строя и требовать ремонта. Если таким элементом окажется автотрансформатор, то его ремонт сведется в замене обмотки полностью или частично путем перемотки вручную, либо на станке. При этом может возникнуть необходимость в переделке автотрансформатора на другие технические данные, изменятся геометрические размеры сердечника, число витков и напряжение на их зажимах. Причем магнитный поток в сердечнике должен оставаться неизменными, но это условие выполняется не всегда. Для сохранения прежнего нагрева автотрансформатора при новой мощности потери в новых обмотках не должны превышать потери в старых обмотках. 
Сами автотрансформаторы производятся в прямоугольных корпусах из металлических материалов и через боковые клеммы подключаются к сети. 

Основные типы защиты автотрансформаторов 

Из-за отсутствия у автотрансформаторов вращающихся или двигающихся частей, они очень надежны в эксплуатации. Но бывает, возникают некоторые нарушения в работе и повреждения автотрансформаторов. Для этого предусматривают специальную защиту. Чаще всего поломка или нестабильная работа может быть вызвана замыканиями в обмотках трансформаторов между обмотками с разными напряжениями, между разными фазами, витками одной и той же фазы, а также в кабелях, на вводах и ошиновке. Случаи прохода через автотрансформаторы больших токов при поврежденных некоторых элементах, повышение температуры, понижение уровня масла, перегрузка и т.п. также могу вызвать некорректную работу автотрансформаторов. Таким образом, применяющаяся защита должна выполнять определенные функции. При перегрузке, выделении газа из масла, повышении температур и т.п. должен подаваться определенный сигнал, при выходе из строя автотрансформатора, он должен отключаться от источника питания. При поломке каких-либо его частей должно производиться отключение автотрансформатора непосредственно от этих частей. Среди множества вариантов защит, можно выделить самые распространенные виды. Например, дифференциальная защита (при проблемах в обмотках), токовая отсечка (при неполадках с ошинковкой, вводами трансформаторов), максимальная токовая защита (повреждения самого автотрансформатора и его элементов), газовая (при выделении газа и снижении уровня масла), защита от замыканий и защита от перегрузки. 

Область применения автотрансформаторов

Автотрансформаторы используются для повышения или понижения напряжения. Существуют автотрансформаторы, которые благодаря возможности плавного регулирования напряжения используются в лабораториях (ЛАТР). Используются не только в лабораториях при тестировании оборудования и его наладке, но и во многих бытовых устройствах. Также эти автотрансформаторы используются для поддержания номинального напряжения при разных нагрузках в ручном режиме. В отличие от обычных автотрансформаторов, лабораторные ЛАТР имеют подвижный контакт в обмотке. Это позволяет менять количество витков, которые включены во вторичную цепь – выходное напряжение от 0 до максимума, который поддерживает сам ЛАТР. Такие автотрансформаторы имеют, как и другие, один недостаток. Они не могут обеспечить электрическую развязку высоко- и низковольтной сторон. При этом есть возможность исключить этот недостаток - использовать безопасный источник переменного тока с возможностью его регулирования. Существует несколько запретов при использовании трансформаторов. Рассмотрим некоторые из них. Нельзя продолжать использовать автотрансформатор или устройства при подозрении проблем с ними, таких как: возгорание изоляции (появление дыма или запаха), повреждение в соединителях, появление вибраций или шума, наличие трещин корпуса. При использовании автотрансформаторов, работа которых контролируется, их ни в коем случае нельзя оставлять их без присмотра. Запрещается к автотрансформатору, вне зависимости находится ли он отдельно или в каком-либо устройстве, подключать электродвигатели, потребляемый ток которых больше 70% предельного тока нагрузки самого автотрансформатора. Также нельзя подключать выходные клеммы данного трансформатора к электропитанию. Противопоказано помещать какие-либо предметы или приборы на автотрансформаторах, накрывать их, закрывать вентиляционные отверстия, а также использовать в открытом виде, тем более в помещениях с химически активной средой, которая разрушает металлы и изоляцию. При необходимости производить какие-либо работы со вскрытым автотрансформатором, устройство использующее трансформатор или сам трансформатор, в любом случае обязательно отключают от сети. 
Автотрансформаторы широко используют в отопительных приборах, кондиционерах, в машиностроении, технологических процессах, для сигнализационных систем и т.п. Это применение объяснимо, когда есть необходимость в управлении несколькими электромагнитными нагрузками, напряжение в сети отличается от требуемого значения и т.п.
Широкое применение получили в наше время трехфазные автотрансформаторы, обмотки которых соединяются в форме звезды. Часто применяются такие автотрансформаторы в бытовой технике и автоматике. Автотрансформаторы с большей мощностью применяются для запуска более мощных двигателей переменного тока. 

Преимущества и недостатки автотрансформаторов

По сравнению с обычными трансформаторами, автотрансформаторы имеют ряд преимуществ. Среди преимуществ можно выделить то, что КПД автотрансформаторов намного выше, чем у обычных трансформаторов, количество витков, размеры и вес магнитопровода меньше, что значительно экономит материал и соответственно цену автотрансформаторов. Недостатком является то, что устройство, использующее автотрансформатор соединено с электрической сетью, то есть ни одну из точек схемы такого устройства нельзя заземлить. Это может привести к короткому замыканию или к выходу из строя устройства. 
В автотрансформаторах существует электрическая связь помимо магнитной. Таким образом, расчетная мощность представляет собой часть проходной. В обычных же трансформаторах вся проходная мощность является расчетной (зависит от габаритов и веса трансформатора) из-за существования исключительно магнитной связи. Целесообразнее всего использовать автотрансформаторы с коэффициентом трансформации, имеющим значение меньше 2. В случае, если коэффициент имеет значение большее, у автотрансформаторов появляются некоторые недостатки. 
В наше время, в бытовой технике и автоматических устройствах широко применяются автотрансформаторы со значением мощности до 1кВА. Автотрансформаторы с большей мощностью применяют обычно в устройствах с мощными двигателями переменного тока - так называемые силовые автотрансформаторы. Их мощность достигает значения нескольких сотен МВА.