Автотрансформаторға жалпы шолу

 

 

Автотрансформатордың кәдімгі екі орамды трансформатордан айырмашылығы, оның негізгі және қосалқы рөлін атқаратын жалғыз үздіксіз орамасы бар. Бұл бірегей және тиімді есептеу формулаларына әкеледі.

Таңбаларды анықтайық:

: Бастапқы кернеу және ток

: Екінші кернеу және ток

N₁: Бастапқы орамдағы айналымдардың жалпы саны

N₂: қайталама орамдағы айналымдар саны (ол N₁ бөлігі болып табылады)

a: Айналу коэффициенті

: Электромагниттік индукциялық қуат (орау сыйымдылығы)

: кіріс/шығыс көрінетін қуат (өткізу сыйымдылығы)

 

Санат	Формула	Сипаттама
Айналу коэффициенті		Стандартты трансформатор сияқты анықтама
Кернеу қатынасы		Шығу кернеуі қатынасқа кері пропорционал
Ағымдағы қатынас		Шығу тогы қатынасқа тура пропорционал
Шығару сыйымдылығы		Трансформатор арқылы берілетін жалпы қуат
Электромагниттік сыйымдылық		Трансформатордың физикалық өлшемін анықтайтын қуат
Сыйымдылық пайдасы		Негізгі формула: a 1-ге жақын болған кезде пайда ең үлкен болады

 

 

 

 

 

Автотрансформатордың артықшылықтары

1.Жоғары тиімділік, Төменгі шығындар

• Себебі:Орамның бір бөлігі екі жаққа да ортақ болғандықтан, ортақ бөліктегі ток бірдей қуат өткізу қабілеті үшін жүктеме токынан аз болады. Бұл мыс ысыраптарын (I²R жоғалтуларын) айтарлықтай азайтады.
• Нәтиже:Тиімділік әдетте эквивалентті екі орамды трансформаторға қарағанда жоғарырақ болады, әсіресе бұрылыстар коэффициенті (K) 1-ге жақын болғанда (мысалы, 230В пен 115В).

2. Төмен құн, кішірек өлшем және жеңіл салмақ

• Себебі:Ол аз өткізгіш материалды (мыс/алюминий) және аз негізгі материалды (кремний болат) пайдалана отырып, бөлек қайталама ораманы жояды.
• Нәтиже:Бірдей номиналды қуат үшін автотрансформатор екі орамды трансформаторға қарағанда арзанырақ, кішірек және жеңілірек. Бұл тасымалдау мен орнатуды жеңілдетеді және арзанырақ етеді.

3. Кернеуді реттеудің тамаша мүмкіндігі

• Себебі:Орам бойымен бірнеше крандарды немесе сырғымалы контактіні (щетка) қамтамасыз ету арқылы шығыс кернеуін оңай және үздіксіз реттеуге болады.
• Қолдану:Бұл кернеуді дәл бақылауды қажет ететін зертханаларда және қолданбаларда кеңінен қолданылатын жалпы «вариак» немесе айнымалы трансформатордың жұмыс принципі.

4. Төменгі қысқа{1}}тұйықталу кедергісі және жақсырақ кернеуді реттеу

• Себебі:Бастапқы және қайталама электрлік және магниттік байланыста болады, нәтижесінде екі орамды трансформатормен салыстырғанда ағып кету реактивтілігі төмен болады.
• Нәтиже:Шығу кернеуі әртүрлі жүктеме жағдайында тұрақтырақ болып қалады, бұл кернеуді жоғары реттеуге әкеледі.

 

Автотрансформатордың кемшіліктері

1. Электрлік оқшаулаудың болмауы (ең маңызды кемшілік)

• Себебі:Екі орамды трансформатормен қамтамасыз етілген магниттік оқшаулаудан айырмашылығы, бастапқы және қосалқы жақтары тікелей электрлік түрде қосылған.
• Тәуекелдер:

Жоғары{0}}кернеу жағындағы ақаулық (мысалы, жоғары{3}}кернеу) төмен кернеу жағына тікелей берілуі мүмкін, бұл жабдық пен қызметкерлерге үлкен қауіп төндіреді.

Егер жалпы орама үзілсе, жүктемеде толық кіріс кернеуі пайда болуы мүмкін, бұл өте қауіпті.

• Салдары:Қауіпсіздік маңызды болып табылатын қолданбаларда қосымша оқшаулағыш трансформаторды пайдалану қажет, бұл оның құны мен өлшемінің артықшылықтарын жоққа шығарады.

2. Жоғары -тұйықталу токтары

• Себебі:Оның төмен болуына байланыстықысқа{0}}тұйықталу кедергісі, екінші жағындағы ақаулық екі орамды балама трансформаторға қарағанда -тұйықталу токының әлдеқайда жоғары болуына әкеледі.
• Талап:Бұл трансформатордың өзінен жоғары механикалық беріктік пен термиялық тұрақтылықты, сондай-ақ берік және жоғарырақ-үзу қабілетін-қорғау құрылғыларын (мысалы, автоматты ажыратқыштар мен сақтандырғыштар) талап етеді.

3. Күрделі қорғаныс

• Ортақ орам екі орамды трансформаторға қарағанда ішкі электромагниттік қатынастарды күрделірек етеді. Бұл қорғаныс жүйелерінің (мысалы, дифференциалды релелер) конфигурациясын қиындатады, өйткені стандартты асқын ток қорғанысы ішкі ақаулар мен қалыпты жұмысты тиімді ажырата алмайды.

4. Шектеулі айналымдар қатынасы қолданбасы

• Автотрансформатордың экономикалық артықшылықтары әдетте 1,2 мен 2,0 арасындағы шағын айналымдар қатынасымен (K) айқын көрінеді. Үлкен арақатынастар үшін (мысалы, 10:1) материалды үнемдеу елеусіз болады, ал оқшаулаудың болмауы негізгі кемшілікке айналады, бұл оны жарамсыз етеді.

 

 

 

1. Энергетикалық жүйелер

Бұл автотрансформаторлар үшін ең маңызды және жоғары{0}}сиымды қолданбалы аймақ.

(1) Тордың өзара қосылуы және кернеуді түрлендіру

• Қолдану:Кернеу деңгейлері ұқсас екі жоғары вольтты беру жүйесін өзара қосу, мысалы, 220кВ желіні 110кВ желіге немесе 500кВ жүйесін 330кВ жүйеге қосу.
• Неліктен ол қолайлы:Энергетикалық жүйелерде әртүрлі аймақтық желілердің кернеу деңгейлері жиі салыстырмалы түрде жақын болады (мысалы, қатынасы 3:1-ден аз). Мұндай жағдайларда автотрансформаторды пайдалану екі орамды трансформаторға қарағанда анағұрлым үнемді болады, бұл материалдың құнын, энергияның жоғалуын және физикалық көлемін- айтарлықтай төмендетеді, бұл электр қуатын жаппай тасымалдаудың маңызды артықшылығы.

(2) Электр станциясын іске қосу / Көмекші трансформаторлар

• Қолдану:Ірі жылу немесе ядролық генераторлар іске қосу кезінде қосалқы жабдықты (мысалы, желдеткіштер, сорғылар) қуаттандыру үшін сыртқы қуат көзін қажет етеді. Бұл сыртқы қоректендіру трансформаторы көбінесе автотрансформатор болып табылады.
• Неліктен ол қолайлы:Генератордың меншікті кернеуі жоғары (мысалы, 20кВ), ал станцияның қосалқы қуат кернеуі төмен (мысалы, 6кВ немесе 10кВ). Кернеу коэффициенті үлкен емес, бұл автотрансформаторды осы жоғары{9}}қуатты қолданба үшін -үнемді және тиімді шешім етеді.

(3) Үш{1}}фазалы бейтарап нүктені реттеу

• Қолдану:Ультра{0}}жоғары кернеу (UHV) және қосымша{1}}жоғары вольтты (EHV) желілерінде жүйені тұрақтандыру және реактивті қуат ағынын басқару үшін кернеуді реттеу қажет.
• Неліктен ол қолайлы:Автотрансформаторларда жиі боладыкранды ауыстырғыштарүшін жалпы орамда (бейтарап жағында).кернеуді реттеу. Бұл дизайн кеңірек реттеу диапазонына мүмкіндік береді, ал -ауыстырғыш жабдығының оқшаулау талаптары төмен, бұл оны техникалық және экономикалық жағынан қолайлы етеді.

 

2. Өнеркәсіптік және қозғалтқышты басқару

(1) Төмендетілген{1}}кернеу қозғалтқышының іске қосылуы (трансформаторды автоматты түрде іске қосу-)

• Қолдану:Ток тоғын азайту және қоректендіру желісіндегі кернеудің төмендеуін азайту үшін үлкен үш{0}}фазалы асинхронды қозғалтқыштарды іске қосу.
• Неліктен ол қолайлы:Іске қосу кезінде автотрансформатордағы крандар арқылы қозғалтқышқа төмендетілген кернеу беріледі. Қозғалтқыш өзінің номиналды жылдамдығына жақындағаннан кейін ол толық желілік кернеуге ауысады. Бұл әдіс Жұлдыз-Үшбұрыш әдісімен салыстырғанда жоғары іске қосу моментін қамтамасыз етеді және іске қосу тогын шектеуде өте тиімді. Ол қысқа мерзімде пайдаланылғандықтан, автотрансформатордың көлемі мен құнының пайдасы толығымен жүзеге асырылады.

(2) Айнымалы ток кернеуінің қорлары және кернеу компенсаторлары

• Қолдану:Зертханаларда немесе нақты кернеу тұрақтылығы маңызды емес өндірістік жабдық үшін үздіксіз реттелетін айнымалы ток қуат көзі ретінде пайдаланылады.
• Неліктен ол қолайлы:Жылжымалы көміртекті щетка орамның ашық бұрылыстары бойымен қозғалады, бұл шығыс кернеуін тегіс реттеуге мүмкіндік береді. Бұл дизайн қарапайым, берік және төмен-құны, бұл оны икемді кернеуді қажет ететін қолданбалар үшін өте қолайлы етеді.

 

3. Зертханалық және сынақ

(1) Айнымалы айнымалы ток қуат көзі (вариак)

• Қолдану:Электроника зертханаларында және оқу эксперименттері үшін желілік кернеуден сәл жоғары нөлден бастап реттелетін айнымалы ток кернеуін қамтамасыз ету.
• Неліктен ол қолайлы:Бұл қарапайым, ұзаққа созылатын, қымбат емес және таза синустық толқынның шығуын қамтамасыз етеді (қатты күйдегі электрондық реттегіштерге қарағанда-), бұл оны эксперимент пен сынақ үшін өте қолайлы етеді.

 

4. Темір жолды электрлендіру

(1) Тартқыш қуат беру жүйелері (AT жүйесі)

• Қолдану:Кейбір электрлердетемір жол жүйелері(мысалы, ескі айнымалы ток жүйелері), Автотрансформатор (AT) беру жүйесі пайдаланылады.
• Неліктен ол қолайлы:AT жүйесі жоғары беріліс кернеуін (мысалы, 110кВ немесе 220кВ) әуе желісі пайдаланатын кернеуге (мысалы, 25кВ немесе 55кВ) төмендету үшін автотрансформаторларды пайдаланады. Ол бір уақытта байланыс желілеріне электромагниттік кедергілерді азайтады және қосалқы станциялар арасында ұзағырақ қашықтыққа мүмкіндік береді, бұл оны әсіресе жоғары{9}}жылдамдықтағы және ауыр{10}} темір жолдар үшін қолайлы етеді.

 

 

Автотрансформатордың «қарапайымдылығы» жай ғана үстірт. Оның дизайны мен өндірісі қатаң инженерлік және шеберлік-деңгейіндегі шеберлікке толы.

1. Орам конструкциясының ерекшеліктері

Орам бастапқы және қосалқы ретінде қызмет етеді, оқшаулағыш трансформаторларда кездеспейтін бірегей дизайн қиындықтарын жасайды.

(1) Ағымдағы үлестірім және -біркелкі емес өткізгіш өлшемдері:

• Негізгі міндет:Орам екіге бөлінедіСериялық орам(екі жаққа ортақ емес бөлік) жәнеЖалпы орам(кіріспен де, шығыспен де бөлісетін бөлік). Бұл учаскелер арқылы өтетін токтар әртүрлі.

-TheСериялық орамкіріс және шығыс кернеулерінің айырмашылығына қатысты тек «беру тогын» тасымалдайды.

-TheЖалпы орамжүктеме тогы мен айналымдар қатынасының функциясы болып табылатын кішірек "авто{0}}индукциялық токты" тасымалдайды.

• Инженерлік шешім:Нақты ағымдағы есептеулер маңызды болып табылады. TheЖалпы орамды көлденең қимасының ауданы кішірек-өткізгішпен орауға боладыөйткені ол аз ток өткізеді, ал сериялық орама үлкенірек өткізгішті қажет етеді. Бұл-біркелкі емес, айнымалы-қималы{2}}дизайнжеңіл салмаққа, төмен бағаға және жоғары тиімділікке қол жеткізудің кілті болып табылады, бірақ ол нақты схемалар мен құралдарды қажет ететін орау процесін айтарлықтай қиындатады.

(2) Электромагниттік тепе-теңдік және -тұйықталу күштері:

• Негізгі міндет:Құрылымдық асимметрияның арқасында (жоғары{0}}вольтты терминал, төмен{1}}кернеу терминалы және барлығы бір орамда орналасқан крандар) тамаша нәтижеге қол жеткізуАмпер-Айналым балансыоқшаулағыш трансформаторға қарағанда қиынырақ. Теңгерімсіз күшейткіш-айналыстар күшті жасайдыадасқан магнит өрісі (ағызу ағыны).
• Инженерлік шешім:

1. Күрделі EM симуляциясы:Жетілдірілген электромагниттік өрісті модельдеу бағдарламалық жасақтамасы ағып кету ағынын азайту үшін орамның орналасуын, биіктігін және радиалды өлшемдерін итеративті түрде оңтайландыру үшін маңызды.
2. Қысқа{0}}тұйықталу электродинамикалық күштерін басқару:Қысқа{0}}тұйықталу кезінде күшті ағып кету өрісімен әрекеттесетін үлкен ақаулық токтар ораманың бұрмалануына және жаншылуына ұмтылатын орасан зор электромеханикалық күштерді (Лоренц күші) тудырады. Автотрансформаторларда бұл күштер өте асимметриялық болуы мүмкін. Демек,орамалардың механикалық бекітпелері ерекше берік болуы керек. Қайталанатын немесе кенеттен қысқа тұйықталу соққылары кезінде деформацияны немесе зақымдануды болдырмайтын -беріктілігі жоғары оқшаулағыш аралық тетіктер, қысқыш тақталар және тірек таяқшалары орамдарды орнында сенімді бекітетін "тор" құрылымын жасау үшін қолданылады.

 

 

2. Кернеу-Реттейтін көміртекті щетка – «Жүрек» және «Тұйық»

Айнымалы автотрансформаторлар (вариактар) үшін жылжымалы көміртекті щетка ең маңызды және ең осал компонент болып табылады.

(1) Қатаң материал талаптары:

• Негізгі міндет:Қылқалам бір уақытта бірнеше, жиі қайшы келетін қасиеттерді орындауы керек.
• Инженерлік шешім:Ол әдетте акомпозиттік металл{0}}графит материалы.

1. TheГрафитбіркелкі сырғуды және ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз ететін-майлау және тозуға төзімділікті қамтамасыз етеді.
2. TheМеталл (мысалы, мыс, күміс ұнтағы)минималды жанасу кедергісін қамтамасыз ете отырып, жоғары электр өткізгіштігін қамтамасыз етеді.
3. Бұл композицияның дәл арақатынасы мен агломерация процесі өндірушінің негізгі меншік құпиясы болып табылады.

(2) Байланыс сенімділігінің маңыздылығы:

• Негізгі міндет:Көміртекті щетка мен орама арасындағы интерфейс ажылжымалы электр контактісі. Кез келгеннашар байланысапатты сәтсіздікке әкеледі: контактіге төзімділіктің жоғарылауы → Жергілікті қызып кету → Электр ұшқыны және доғаның пайда болуы → Эрозия және орама бетінің де, щетканың да тұрақты зақымдалуы.
• Инженерлік шешім:

1. Ультра-Байланыс бетін дәл өңдеу:Орамның ашық контакт жолы жалаң мыс болуы мүмкін емес. Ол болуы керекайнаға-жылтыратылған, тегіс әрлеу, кез келген саңылаулар мен ақауларсыз.
2. Жетілдірілген бетті жабу:Бұл трек жиі кездеседікүміс немесе күміс қорытпасының қабатымен қапталған. Күміс жоғары өткізгіштік пен тотығуға төзімділікті ұсынады, уақыт өте төмен{1}} жанасуға төзімділігін сақтайды және тотығу салдарынан термиялық бұзылудың алдын алады.

• Жылу бөлу және тозуды басқару:

1. Негізгі міндет:Байланыс нүктесі жылу мен механикалық тозудың шоғырланған көзі болып табылады.
2. Инженерлік шешім:Жоғары{0}}қуатты вариактарда арнайы салқындатқыш ауа арналары немесе тіпті қылшық жинағы үшін мәжбүрлі салқындату бар. Сонымен қатар, щетканың контакт қысымы мен серіппе механизмі мұқият калибрленген болуы керек-тым аз қысым тұрақсыздық пен доғаның пайда болуына әкеледі, ал тым көп қысым механикалық тозуды тездетеді және сырғанау кедергісін арттырады.

 

3. Ықшам дизайндағы жылуды басқару

(1) Негізгі міндет:Автотрансформатор балама қуаттағы оқшаулағыш трансформаторға қарағанда кішірек және материалды аз пайдаланады. Бұл а деп аударыладыбірлік көлемдегі қуат жоғалту тығыздығы (мыс және темір шығындары)., жылуды бөлуді қиындатады.

(2) Инженерлік шешім:

• Күрделі жылу дизайны:Салқындату арналарының конструкциясы (мысалы, орамадағы май арналары, ауа саңылаулары) тек адекватты ғана емес, оңтайлы болуы керек. Сұйықтықтардың есептеу динамикасы (CFD) және термиялық модельдеу салқындатқыштың ағынын дәл картаға түсіру және кез келген ықтимал ыстық нүктелерді жою үшін өте маңызды.
• Жетілдірілген салқындату әдістері:

1. Май-Батырылған:Ірі автотрансформаторлар майды орамдардың ең ыстық бөліктері арқылы бағыттайтын күрделі бағыттағы май ағыны жолдарымен-батырмалы салқындатуды пайдаланады.
2. Ауа-салқындатылған:Құрғақ түрдегі ауыспалы автотрансформаторлардың-тиімді салқындату қалқандары бар және көбінесе ауаны мәжбүрлеп салқындату (AF) немесе одан да жетілдірілген май{1}}мәжбүрлі салқындату жүйелеріне арналған желдеткіштерді біріктіреді.