Что такое автотрансформатор(ЛАТР)

Автотрансформатор это разновидность трансформатора, имеющего одну обмотку на многослойном сердечнике. Он похож на двухобмоточный трансформатор, но отличается тем, что часть обмотки является общей как для первичной, так и для вторичной сторон. В состоянии нагрузки часть тока передаётся непосредственно от источника питания, а оставшаяся часть от действия самого устройства. Таким образом, прибор действует в качестве регулятора напряжения.

Конструкция и принцип работы

Автотрансформатор используется для регулировки линейных напряжений, чтобы либо изменить значение, либо сохранить его постоянным. Если регулировка производится на небольшую величину, то коэффициент трансформации также невелик, а токи в первичной и вторичной обмотках практически одинаковы. Следовательно, та часть обмотки, которая обуславливает разницу между двумя токами, может быть изготовлена ​​из проводника намного меньшего размера.

Диапазон управления, значение индуктивности рассеяния и габаритный размер (из-за того, что вторая обмотка отсутствует) автотрансформатора при необходимой величине реактивной или активной мощности меньше, чем у трансформаторов, у которых присутствует двойная обмотка.

Обе обмотки первичная и вторичная соединены между собой как электрически, так и магнитно, а также имеют общий магнитопровод. Часть первичной части обмотки соединяется с источником питания переменного тока. Таким образом, в результате простого реверсирования соединений можно легко повышать или понижать напряжения питания.

При протекании исходного тока через одну обмотку в одном направлении, ток во вторичной обмотке движется в противоположную сторону. Автотрансформатор имеет несколько точек отбора потенциала вдоль обмотки.

Режимы работы

1. В автотрансформаторных режимах (а) возможна передача номинальной мощности из обмотки ВН в обмотку НН или наоборот. В обоих режимах последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
2. В трансформаторных режимах возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. В этих режимах АТ недогружен, что допустимо, но неэкономично.
3. В комбинированном режиме (б) возможна передача мощности не более S тип из сети НН в сеть ВН и при этом ( Sном ­Sтип) автотрансформаторным путем из сети СН в сеть ВН. Этот режим является допустимым и экономичным, т.к. загрузка общей обмотки может в пределе равной 0, а через АТ в сумме передается Sном.

Выбор оптимального режима работы важен для трёхфазных устройств. Они используются для непрерывной регулировки параметров с малыми потерями. Этот компонент обеспечивает пользователям наилучшую точность регулировки при минимальных потерях и, следовательно, при пониженном тепловыделении. Для трёхфазного тока данный эффект достигается с помощью механических соединений трёх управляющих трансформаторов. Конструкция скользящих токосъёмников выполняется такой, чтобы обеспечить надёжный выходной контакт и при срабатывании одновременную очистку контактной дорожки. Используются угольные щётки, которые могут вращаться или перемещаться возвратно-поступательно.

Переменный автотрансформатор имеет несколько первичных обмоток для создания вторичного напряжения, которое регулируется в диапазоне от нескольких вольт до долей вольт за оборот. Это достигается благодаря тому, что угольная щётка или ползунок находятся в контакте с одним или несколькими витками первичной обмотки. Поскольку витки первичной катушки равномерно распределены по её длине, то выходное значение пропорционально угловому вращению щётки.

Классификация видов

Как правило, рассматриваемые устройства используются в промышленных и бытовых применениях, которые рассчитаны на низкое энергопотребление. Они эффективны также для соединения систем, работающих при разных значениях напряжения. Этим объясняется разнообразие видов автотрансформаторов.

Рассматриваемые изделия различают:

1. По степени внешней защиты корпуса – устройства, предназначенные для функционирования снаружи, снабжаются водонепроницаемым корпусом.
2. По техническим характеристикам – диапазону рабочих частот, значениям максимального первичного и вторичного напряжения, наибольшему вторичному току, мощности и температуре.
3. По типу электрической сети, в которой они функционируют – одно или трёхфазной.

   
4. По значению выходного напряжения автотрансформаторы могут быть повышающими или понижающими. Особый класс образуют устройства со скользящими отводами. Важной характеристикой, которую учитывают при выборе, является тип сердечника ламинированный, сплит и тороидальный.

   

Основные виды автотрансформаторов

• ВУ-25-Б —  служит для уравнивания вторичных токов в дифференциальных защитах силовых трансформаторов.
• АТД — мощность 25 Вт, долго насыщается, имеет старую конструкцию и поэтому используется очень редко.
• ЛАТР-1 —  предназначен в сетях с напряжением 127 В.
• ЛАТР-2 — применяется с напряжением 220 В.
• ДАТР-1 —  предназначен для малых нагрузок.
• РНО — предназначен для больших нагрузок.
• АТЦН —  применяется в измерительных телеустройствах.

Расшифровка основных параметров

Обмотки обозначаются, как правило, заглавными буквами (А, B, C и т.д.), в то время как общее нейтральное соединение обозначается N или n. Для вторичных ответвлений номера цифровых индексов используются для всех точек ответвления вдоль первичной обмотки. А индексы обычно начинаются с цифры «1» и продолжаются с возрастанием.

Обозначение бытовых автотрансформаторов отечественного производства, изготавливаемых по ГОСТ 7518-83, включает в себя:

• Буквенные индексы, которые определяют класс устройства – переходные (АПБ) или регулировочные (АРБ),
• Номинал реактивной мощности, кВА, на которую рассчитаны обмотки.

ГОСТ 7518-83 предусматривает указание наибольшего напряжения на вторичной обмотке отдельно при отсутствии и наличии внешней нагрузки.

Отдельная маркировки принята для лабораторных автотрансформаторов – ЛАТРов: после буквенного обозначения указывается номинальная мощность прибора в кВт.

Как определить цену

На стоимость влияют следующие характеристики – реактивная мощность, количество отводов, диапазон регулирования напряжения, класс точности прибора.  При этом переменные автотрансформаторы стоят дороже, чем устройства со стационарными отводами. Ценовые интервалы, действительные на текущий год таковы:

• Для переходных – 8000…12000 руб.,
• Для регулировочных – 2500…8000 руб.,
• Для ЛАТРов – 3500…8200 руб.

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.

Преимущества и недостатки

Автотрансформатор использует только одну обмотку на фазу. Этим объясняются его достоинства и ограничения.

Преимущества:

1. Для коэффициента трансформации, равного двум, габариты изделия будет приблизительно вполовину меньше, чем соответствующие размеры двухобмоточного трансформатора. С уменьшением коэффициента трансформации снижение габаритных размеров будет меньше.
2. Автотрансформатор эффективнее, чем обычный двухобмоточный. Это происходит из-за меньших значений омических потерь и потерь в сердечнике.
3. Трансформаторы описываемого класса отличаются лучшим регулированием напряжения, что связано со сниженным падением напряжения, и с уменьшением реактивного сопротивления в одиночной обмотке.

Недостатки:

1. Из-за наличия электрической проводимости в первичной и вторичной обмотке нагрузка на низковольтную цепь возрастает. Чтобы избежать пробоя, приходится проектировать устройство с достаточным запасом по передаваемой мощности.
2. Поток рассеяния между первичной и вторичной обмотками мал и, следовательно, полное сопротивление низкое. При возникшей неисправности это приведёт к более сильным токам короткого замыкания.
3. Соединения на первичной и вторичной обмотке должны быть одинаковыми (за исключением случаев использования соединений типа «звезда»). Таким образом, при реализации другого типа соединения – «треугольник-треугольник»  возникнут осложнения, обусловленные  изменением угла первичной и вторичной фазы.
4. В случае соединения по схеме «звезда-звезда» при общей нейтрали её заземление возможно только с одной стороны. Это усложняет уравновешивание электромагнитного баланса обмотки при наличии нескольких отводов разного напряжения.

Автотрансформаторы эффективнее в применении с устройствами, выходная реактивная мощность которых при эксплуатации мало изменяется. В этом случае для их изготовления требуется меньше дефицитной меди, потери в сердечнике невелики, а изменение напряжения происходит быстрее, чем у двухобмоточных приборов той же мощности.