Autotransformatora pārskats

 

 

Autotransformators atšķiras no parastā divu{0}}tinumu transformatora, jo tam ir viens nepārtraukts tinums, kas darbojas gan kā primārais, gan sekundārais. Tas noved pie unikālas un izdevīgas aprēķinu formulas.

Definēsim simbolus:

: primārais spriegums un strāva

: Sekundārais spriegums un strāva

N₁: kopējais apgriezienu skaits primārajā tinumā

N₂: apgriezienu skaits sekundārajā tinumā (kas ir daļa no N₁)

a: Pagriezienu attiecība

: elektromagnētiskās indukcijas jauda (tinuma jauda)

: Ieejas/izejas šķietamā jauda (caurlaides jauda)

 

Kategorija	Formula	Apraksts
Pagriezienu attiecība		Tāda pati definīcija kā standarta transformatoram
Sprieguma attiecības		Izejas spriegums ir apgriezti proporcionāls attiecībai
Pašreizējās attiecības		Izejas strāva ir tieši proporcionāla attiecībai
Izvades jauda		Transformatora pārsūtītā kopējā jauda
Elektromagnētiskā kapacitāte		Jauda, ​​kas nosaka transformatora fizisko izmēru
Jaudas ieguvums		Pamatformula: Ieguvums ir vislielākais, ja a ir tuvu 1

 

 

 

 

 

Autotransformatora priekšrocības

1.Augstāka efektivitāte, Mazāki zaudējumi

• Iemesls:Tā kā tinuma daļa ir kopīga abām pusēm, strāva kopējā daļā ir mazāka par slodzes strāvu tai pašai jaudas caurlaidspējai. Tas ievērojami samazina vara zudumus (I²R zudumus).
• Rezultāts:Efektivitāte parasti ir augstāka nekā ekvivalentam divu -tinumu transformatoram, īpaši, ja pagriezienu attiecība (K) ir tuvu 1 (piemēram, no 230 V līdz 115 V).

2. Zemākas izmaksas, mazāks izmērs un vieglāks svars

• Iemesls:Tas novērš atsevišķu sekundāro tinumu, izmantojot mazāk vadošu materiālu (varš/alumīnijs) un mazāk serdes materiāla (silīcija tērauds).
• Rezultāts:Ar tādu pašu nominālo jaudu autotransformators ir lētāks, mazāks un vieglāks nekā divu{0}}tinumu transformators. Tādējādi ir vieglāk un lētāk transportēt un uzstādīt.

3. Lieliska sprieguma regulēšanas spēja

• Iemesls:Nodrošinot vairākus krānus vai bīdāmu kontaktu (birsti) gar tinumu, izejas spriegumu var viegli un nepārtraukti regulēt.
• Pielietojums:Šis ir parastā "variac" jeb mainīgā transformatora darbības princips, ko plaši izmanto laboratorijās un lietojumos, kur nepieciešama precīza sprieguma kontrole.

4. Mazāka īsslēguma pretestība{1}}un labāka sprieguma regulēšana

• Iemesls:Primārais un sekundārais ir savienots gan elektriski, gan magnētiski, kā rezultātā ir zemāka noplūdes pretestība salīdzinājumā ar divu{0}}tinumu transformatoru.
• Rezultāts:Izejas spriegums saglabājas stabilāks dažādos slodzes apstākļos, tādējādi nodrošinot labāku sprieguma regulēšanu.

 

Autotransformatora trūkumi

1. Elektriskās izolācijas trūkums (būtiskākais trūkums)

• Iemesls:Primārā un sekundārā puse ir tieši savienotas elektriski, atšķirībā no magnētiskās izolācijas, ko nodrošina divu{0}}tinumu transformators.
• Riski:

Bojājums augsta-sprieguma pusē (piem., augsts-sprieguma pārspriegums) var tikt tieši pārnests uz zemo-sprieguma pusi, radot nopietnus draudus aprīkojumam un personālam.

Ja kopējais tinums saplīst, slodzei var parādīties pilns ieejas spriegums, kas ir ārkārtīgi bīstami.

• Ietekme:Lietojumos, kur drošība ir kritiska, ir jāizmanto papildu izolācijas transformators, kas noliedz tā izmaksu un izmēra priekšrocības.

2. augstākas īsslēguma-strāvas

• Iemesls:Sakarā ar tā zemākoīssavienojuma pretestība-, sekundārās puses bojājums radīs daudz lielāku īssavienojuma-strāvu nekā līdzvērtīgam divu{1}}tinumu transformatoram.
• Prasība:Tam nepieciešama lielāka mehāniskā izturība un termiskā stabilitāte no paša transformatora, kā arī izturīgākas un lielākas -pārrāvuma-jaudas aizsardzības ierīces (piemēram, automātiskie slēdži un drošinātāji).

3. Sarežģītāka aizsardzība

• Kopīgais tinums padara iekšējās elektromagnētiskās attiecības sarežģītākas nekā divu{0}}tinumu transformatorā. Tas sarežģī aizsardzības sistēmu (piem., diferenciālo releju) konfigurāciju, jo standarta pārslodzes aizsardzība var efektīvi neatšķirt iekšējos bojājumus no normālas darbības.

4. Ierobežota pagriezienu attiecība

• Autotransformatora ekonomiskās priekšrocības ir visizteiktākās ar nelielu pagriezienu attiecību (K), parasti no 1,2 līdz 2,0. Lielām attiecībām (piemēram, 10:1) materiāla ietaupījums kļūst niecīgs, savukārt izolācijas trūkums kļūst par būtisku trūkumu, padarot to nepiemērotu.

 

 

 

1. Energosistēmas

Šī ir nozīmīgākā un vislielākā{0}}jaudas lietojumprogrammu zona autotransformatoriem.

(1) Tīkla starpsavienojums un sprieguma transformācija

• Pielietojums:Divu augstsprieguma{0}}pārvades sistēmu savienošana ar līdzīgiem sprieguma līmeņiem, piemēram, 220kV tīkla savienošana ar 110kV tīklu vai 500kV sistēmu ar 330kV sistēmu.
• Kāpēc tas ir piemērots:Energosistēmās dažādu reģionālo tīklu sprieguma līmeņi bieži ir salīdzinoši tuvi (piemēram, ar attiecību mazāku par 3:1). Šādos gadījumos automātiskā transformatora izmantošana ir daudz ekonomiskāka nekā divu{5}}tinumu transformators, ievērojami samazinot materiālu izmaksas, enerģijas zudumus un fizisko nospiedumu-, kas ir būtiska priekšrocība lielapjoma enerģijas pārvadei.

(2) Elektrostacijas palaišana/palīgtransformatori

• Pielietojums:Lielām siltuma vai kodolenerģijas ražošanas vienībām ir nepieciešams ārējs barošanas avots, lai palaišanas laikā darbinātu to palīgiekārtas (piemēram, ventilatorus, sūkņus). Šis ārējais barošanas transformators bieži ir autotransformators.
• Kāpēc tas ir piemērots:Paša ģeneratora spriegums ir augsts (piem., 20kV), savukārt stacijas palīgstrāvas spriegums ir zemāks (piem., 6kV vai 10kV). Sprieguma attiecība nav liela, tāpēc automātiskais transformators ir rentabls un efektīvs risinājums šim lieljaudas lietojumprogrammai.

(3) Trīs-fāzu neitrālo punktu regulējums

• Pielietojums:Ultra-augstsprieguma (UHV) un īpaši-augstsprieguma (EHV) tīklos spriegums ir jāpielāgo, lai stabilizētu sistēmu un pārvaldītu reaktīvās jaudas plūsmu.
• Kāpēc tas ir piemērots:Autotransformatoriem bieži irkrānu mainītājiuz kopējā tinuma (neitrālā puse) priekšsprieguma regulēšana. Šis dizains nodrošina plašāku regulēšanas diapazonu, un krānu{1}}slēdža aprīkojumam ir zemākas izolācijas prasības, padarot to gan tehniski, gan ekonomiski izdevīgu.

 

2. Rūpniecības un motoru vadība

(1) Samazināta sprieguma-motora palaišana (automātiskais-transformatora starteris)

• Pielietojums:Lielu trīs{0}fāzu asinhrono motoru palaišana, lai samazinātu ieslēgšanas strāvu un samazinātu sprieguma kritumus barošanas tīklā.
• Kāpēc tas ir piemērots:Palaišanas laikā motoram tiek pievadīts samazināts spriegums, izmantojot autotransformatora krānus. Kad motors tuvojas savam nominālajam ātrumam, tas tiek pārslēgts uz pilnu līnijas spriegumu. Šī metode nodrošina lielāku palaišanas griezes momentu salīdzinājumā ar Star-Delta metodi un ir ļoti efektīva palaišanas strāvas ierobežošanai. Tā kā to izmanto īslaicīgi, autotransformatora lieluma un izmaksu priekšrocības ir pilnībā realizētas.

(2) Mainīga maiņstrāvas sprieguma avoti un sprieguma kompensatori

• Pielietojums:Izmanto kā nepārtraukti regulējamu maiņstrāvas avotu laboratorijās vai rūpnieciskām iekārtām, kur precīza sprieguma stabilitāte nav kritiska.
• Kāpēc tas ir piemērots:Bīdāmā oglekļa suka pārvietojas pa atklātajiem tinuma pagriezieniem, nodrošinot vienmērīgu izejas sprieguma regulēšanu. Šis dizains ir vienkāršs, izturīgs un lēts-, tāpēc tas ir ideāli piemērots lietojumiem, kuriem nepieciešams elastīgs spriegums.

 

3. Laboratorija un testēšana

(1) Mainīgs maiņstrāvas barošanas avots (Variac)

• Pielietojums:Elektronikas laboratorijās un izglītojošiem eksperimentiem, lai nodrošinātu regulējamu maiņstrāvas spriegumu no nulles līdz nedaudz virs līnijas sprieguma.
• Kāpēc tas ir piemērots:Tas ir vienkāršs, izturīgs, lēts un nodrošina tīru sinusoidālo viļņu izvadi (atšķirībā no cietvielu{0}}elektroniskajiem regulatoriem), padarot to lieliski piemērotu eksperimentiem un testēšanai.

 

4. Dzelzceļa elektrifikācija

(1) Vilces barošanas sistēmas (AT sistēma)

• Pielietojums:Dažās elektriskāsdzelzceļa sistēmas(piemēram, vecākām maiņstrāvas sistēmām), tiek izmantota Autotransformatora (AT) barošanas sistēma.
• Kāpēc tas ir piemērots:AT sistēma izmanto autotransformatorus, lai pazeminātu augstu pārraides spriegumu (piemēram, 110 kV vai 220 kV) līdz spriegumam, ko izmanto gaisvadu kontakttīkls (piemēram, 25 kV vai 55 kV). Tas vienlaikus samazina elektromagnētiskos traucējumus sakaru līnijās un nodrošina lielākus attālumus starp apakšstacijām, padarot to īpaši piemērotu ātrgaitas un smagajiem{10}}dzelzceļiem.

 

 

Autotransformatora "vienkāršība" ir tikai virspusēja. Tās dizains un izgatavošana ir piesātināta ar stingru inženierijas un meistara līmeņa meistarību.

1. Tinumu konstrukcijas detaļas

Tinums kalpo gan kā primārais, gan sekundārais, radot unikālas dizaina sarežģītības, kas nav sastopamas izolācijas transformatoros.

(1) Pašreizējais sadalījums un ne{1}}vienmērīgs vadītāju izmērs:

• Galvenais izaicinājums:Tinums ir sadalītsSērijas tinums(daļa nav kopīga abām pusēm) unKopējais tinums(daļa tiek koplietota gan ievadei, gan izvadei). Strāvas, kas plūst caur šīm sekcijām, ir atšķirīgas.

-Sērijas tinumsnes tikai "pārvades strāvu", kas saistīta ar starpību starp ieejas un izejas spriegumiem.

-Kopējais tinumsnes mazāko "auto{0}}inducēto strāvu", kas ir slodzes strāvas un pagriezienu attiecības funkcija.

• Inženiertehniskā izšķirtspēja:Precīzi strāvas aprēķini ir vissvarīgākie. TheParasto tinumu var uztīt ar mazāka{0}}šķērsgriezuma vadujo tam ir mazāka strāva, savukārt sērijas tinumam ir nepieciešams lielāks vadītājs. Šisne-viendabīgs, mainīgs-šķērsgriezuma-dizainsir galvenais, lai sasniegtu vieglu svaru, zemas izmaksas un augstu efektivitāti, taču tas ievērojami sarežģī tinumu procesu, tāpēc ir nepieciešamas precīzas shēmas un instrumenti.

(2) Elektromagnētiskais līdzsvars un īsslēguma{1}}spēki:

• Galvenais izaicinājums:Pateicoties raksturīgajai strukturālajai asimetrijai (augsta-sprieguma spaile, zema-sprieguma spaile un krāni atrodas vienā tinumā), panākot perfektuAmpere{0}}Pagriezienu bilanceir grūtāk nekā izolācijas transformatorā. Nelīdzsvaroti pastiprinātāja-pagriezieni rada spēcīguklaiņojošs magnētiskais lauks (noplūdes plūsma).
• Inženiertehniskā izšķirtspēja:

1. Izsmalcināta EM simulācija:Uzlabota elektromagnētiskā lauka simulācijas programmatūra ir būtiska, lai iteratīvi optimizētu tinumu izvietojumu, augstumu un radiālos izmērus, lai samazinātu noplūdes plūsmu.
2. Īsās ķēdes{0}}elektrodinamisko spēku pārvaldība:Īsslēguma laikā-masīvas bojājumu strāvas, kas mijiedarbojas ar spēcīgu noplūdes lauku, rada milzīgus elektromehāniskus spēkus (Lorenca spēku), kas cenšas izkropļot un saspiest tinumu. Autotransformatoros šie spēki var būt ļoti asimetriski. Līdz ar to,tinumu mehāniskajiem stiprinājumiem jābūt īpaši izturīgiem. Augstas-izturības izolācijas starplikas, iespīlēšanas plāksnes un atbalsta spieķi tiek izmantoti, lai izveidotu "būra" konstrukciju, kas droši nofiksē tinumus vietā, novēršot deformāciju vai bojājumus atkārtotu vai pēkšņu īsslēguma{2}}šoku gadījumā.

 

 

2. Spriegumu-regulējošā oglekļa suka — "sirds" un "šaurā vieta"

Mainīgajiem autotransformatoriem (variacs) bīdāmā oglekļa suka ir vissvarīgākā un neaizsargātākā sastāvdaļa.

(1) Stingras materiālu prasības:

• Galvenais izaicinājums:Otai vienlaikus jāatbilst vairākām, bieži vien pretrunīgām īpašībām.
• Inženiertehniskā izšķirtspēja:Tas parasti ir izgatavots no akompozīta metāla-grafīta materiāls.

1. TheGrafītsnodrošina pašeļļošanu- un nodilumizturību, nodrošinot vienmērīgu slīdēšanu un ilgu kalpošanas laiku.
2. TheMetāls (piemēram, varš, sudraba pulveris)nodrošina augstu elektrovadītspēju, nodrošinot minimālu kontakta pretestību.
3. Precīza šī kompozītmateriāla attiecība un saķepināšanas process ir galvenie ražotāja patentētie noslēpumi.

(2) Kontaktu uzticamības kritiskums:

• Galvenais izaicinājums:Saskarne starp oglekļa suku un tinumu ir abīdāms elektriskais kontakts. Jebkuršslikts kontaktsnoved pie katastrofālas kļūmes: Paaugstināta kontaktu pretestība → Lokalizēta pārkaršana → Elektriskā dzirksteļošana un loka rašanās → Erozija un neatgriezeniski bojājumi gan tinuma virsmai, gan birstei.
• Inženiertehniskā izšķirtspēja:

1. Ultra-Kontaktvirsmas precīza apstrāde:Tinuma atklātā kontakta trase nevar būt tukša vara. Tam jābūtpulēta līdz spoguļam{0}}līdzīgai, gluda apdare, bez šķembām vai nepilnībām.
2. Uzlabotā virsmas apšuvums:Šī trase bieži irpārklāts ar sudraba vai sudraba sakausējuma slāni. Sudrabs nodrošina izcilu vadītspēju un oksidācijas pretestību, saglabājot zemu-kontakta pretestību laika gaitā un novēršot termiskus bojājumus oksidācijas dēļ.

• Siltuma izkliede un nodiluma pārvaldība:

1. Galvenais izaicinājums:Saskares punkts ir koncentrēts siltuma un mehāniskā nodiluma avots.
2. Inženiertehniskā izšķirtspēja:Lieljaudas{0}}variacs ietver īpašus dzesēšanas gaisa kanālus vai pat piespiedu dzesēšanu suku komplektam. Turklāt birstes kontakta spiediens un atsperes mehānisms ir rūpīgi jākalibrē-pārāk mazs spiediens izraisa nestabilitāti un loka veidošanos, savukārt pārāk liels spiediens paātrina mehānisko nodilumu un palielina slīdēšanas pretestību.

 

3. Termiskā vadība kompaktā dizainā

(1) Galvenais izaicinājums:Autotransformators ir mazāks un patērē mazāk materiāla nekā izolācijas transformators ar līdzvērtīgu jaudu. Tas nozīmē alielāks jaudas zudumu blīvums (vara un dzelzs zudumi) uz tilpuma vienību, padarot siltuma izkliedi grūtāku.

(2) Inženiertehniskais lēmums:

• Izsmalcināts termiskais dizains:Dzesēšanas kanālu (piem., eļļas kanāliem tinumos, ventilācijas atverēm) konstrukcijai jābūt optimālai, ne tikai atbilstošai. Skaitļojošā šķidruma dinamika (CFD) un termiskās simulācijas ir ļoti svarīgas, lai precīzi kartētu dzesēšanas šķidruma plūsmu un novērstu visus iespējamos karstos punktus.
• Uzlabotas dzesēšanas metodes:

1. Eļļa-Iegremdēta:Lielos autotransformatoros tiek izmantota eļļas{0}}imersijas dzesēšana ar sarežģītiem eļļas plūsmas ceļiem, kas virza eļļu caur karstākajām tinumu daļām.
2. Gaisa dzesēšana-:Sausā-tipa mainīga tipa autotransformatoriem ir efektīvas dzesēšanas spārnas, un tajos bieži ir iekļauti ventilatori piespiedu gaisa dzesēšanai (AF) vai pat progresīvākas eļļas{1}}piespiedu dzesēšanas sistēmas.