Чем отличается трансформатор от автотрансформатора
Для преобразования напряжения в электротехнике используют трансформаторы или автотрансформаторы. Из-за схожести названий этих двух устройств их часто путают или приравнивают к одному и тому же. Однако это не так, хоть и принцип действия подобен, но принципиально различается конструкция и их сфера применения. Поэтому давайте рассмотрим отличия трансформатора от автотрансформатора, чтобы понять, в чем все же разница.
- Определения
- Принцип действия
- Основные отличия
Определения
Трансформатор – это электромагнитный аппарат, передающий энергию через магнитное поле. Он состоит из двух и более обмоток (иногда говорят катушек) на стальном, железном или ферритовом сердечнике в зависимости от числа фаз, входных и выходных напряжений. Основной его особенностью является то, что первичная цепь и вторичная не электрически связаны между собой, то есть обмотки не имеют электрических контактов.
Это называется гальванической развязкой. А такую связь катушек называют индуктивной.
Ниже вы видите условное графическое обозначение двух и трёхобмоточного трансформатора на схеме электрической принципиальной:
Они бывают повышающими, понижающими и разделительными (напряжение на входе равно напряжению на выходе). При этом если подать питание на вторичную обмотку понижающего трансформатора – на первичные обмотки вы получите повышенное напряжение, то же самое и правило работает и для повышающего.
Автотрансформатор – это один из вариантов трансформатора с одной обмоткой, намотанной на сердечнике в принципе аналогичном предыдущему случаю. В нём, в отличие от обычного транса, первичная и вторичная цепь электрически связаны между собой. А значит он не обеспечивает гальванической развязки. Условное графическое обозначение автотрансформатора вы видите ниже:
Автотрансформаторы бывают с фиксированным выходным напряжением и регулируемые. Последние многим известны под названием ЛАТР (лабораторный автотрансформатор).
Также могут быть как понижающими, так и повышающими. В регулируемом ЛАТРе вторичная цепь подключается к скользящему по катушке контакту.
Важно! Из-за отсутствия гальванической развязки, автотрансформаторы по определению не могут быть разделительными в отличие от обычных!
Еще одним отличием является количество обмоток автотрансформатора – обычно оно равняется количеству фаз. Соответственно для питания однофазных устройств используют однообмоточные, а для трёхфазных – трёхобмоточные изделия.
Принцип действия
Кратко и простыми словами рассмотрим, как работает каждый вариант исполнения.
У трансформатора есть минимум две обмотки – первичная и вторичная (или их несколько). Если первичную подключить к сети (или другому источнику переменного тока) – тогда ток в первичной обмотке создаёт магнитный поток через сердечник, который пронизывая витки вторичных, наводит в них ЭДС. Принцип действия основан на явлениях электромагнитной индукции, в частности закона Фарадея.
При протекании тока во вторичной обмотке (в нагрузку) изменяется и ток в первичной обмотке из-за взаимоиндукции. Разница напряжений между первичной и вторичными обмотками определяется соотношением их витков (коэффициентом трансформации).
Uп/Ud=n1/n2
n1, n2 – количество витков на первичке и вторичке.
Говоря об автотрансформаторе, у него одна обмотка, если фаз несколько – столько же и обмоток. При протекании по ней переменного тока магнитный поток, который возникает внутри неё, индуцирует ЭДС в этой же обмотке. Её величина прямо пропорциональна числу витков. Нагрузка (вторичная цепь) подключается к отводу от витков. На повышающем автотрансформаторе питание подаётся не на концы обмотки, а на один из концов и отвод от витков в отличие от трансформатора. Что было изображено на схеме выше.
Основные отличия
Чтобы вам было легче понять, в чем разница между обычным трансформатором и автотрансформатором, мы собрали в таблицу их основные отличия:
| Трансформатор | Автотрансформатор | |
| КПД | КПД автотрансформатора больше чем у обычного, особенно при незначительной разности входного и выходного напряжения. | |
| Количество обмоток | Минимум 2 и больше в зависимости от количества фаз | 1 и более, равно количеству фаз |
| Гальваническая развязка | Есть | Нет |
| Опасность поражения электрическим током при питания бытовых электроприборов | При выходном напряжении менее 36 Вольт – невелика | Высокая |
| Безопасность для запитанных приборов | Высокая | Низкая, при обрыве в катушке на витках после отвода к нагрузке, на неё попадет всё напряжение питания |
| Стоимость | Высокая, расход меди и стали для сердечников большой, особенно у трёхфазных трансформаторов | Низкая, из-за того что для каждой фазы лишь 1 обмотка, расход меди и стали меньшие |
Трансформаторы применяются всюду – от электростанций и подстанций, рассчитанных на десятки и сотни тысяч вольт, до питания малой бытовой техники. Хотя в последнее время используются блоки питания, но и их основой является генератор и трансформатор на ферритовом сердечнике.
Автотрансформаторы используются в бытовых стабилизаторах сетевого напряжения. Часто ЛАТРы используют в лабораториях при тестировании или ремонте электронных устройств. Тем не менее они нашли своё применение и в высоковольтных сетях, а также для электрификации железных дорог.
Например, на ЖД используются такие изделия в сетях 2х25 (два по 25 киловольт). Как на схеме выше в малонаселенных районах прокладывается линия 50 кВ, а к электропоезду по контактному проводу подаётся 25 кВ от понижающего автотрансформатора. Таким образом уменьшается число тяговых подстанций и потери в линии.
Теперь вы знаете, в чем принципиальное отличие трансформатора от автотрансформатора. Для закрепления материала рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Наверняка вы не знаете:
- Чем отличается электромеханическое УЗО от электронного
- Отличия сетевого фильтра от удлинителя
- Разница между контактором и пускателем
Опубликовано 01.
12.2018 Обновлено 01.12.2018 Пользователем Александр (администратор)
Отличие автотрансформатора от трансформатора, преимущества и недостатки
Трансформаторы и автотрансформаторы используются для повышения или понижения уровня напряжения. Но почему для одной и той же цели используются, казалось бы, разные устройства? В чем их принципиальные различия и сходства?
Виды трансформаторов
Cодержание
ОпределенияДавайте дадим определения этим двум устройствам:
Трансформатор
Трансформатор — статическое электромагнитное устройство, включающее в свою конструкцию две или более индуктивно связанных обмоток, намотанных на магнитопровод и предназначенное для преобразования переменного напряжения одной величины в другое без изменения величины передаваемой мощности.
Главная особенность трансформатора состоит в том, что первичная и вторичная обмотки в нем гальванически развязаны (то есть нет прямого электрического контакта), между ними есть только магнитная связь.
Схематично это выглядят так:
Схема трансформатора
Областей, в которых используются трансформаторы очень много: электроэнергетические системы, системы электроснабжения городов и предприятий, электронная техника и многие другие. Наиболее мощные трансформаторы используются в электроэнергетических системах. Как правило, в таких системах используют классы напряжения 750 кВ, 500 кВ, 220 кВ, 110 кВ. В сетях городов и промышленных предприятий преобладают классы напряжения 35 кВ, 10 кВ, 6 кВ, иногда 20 кВ. В электронных устройствах могут применяться различны классы напряжения: 110 В, 45 В, 5 В и многие другие.
Существуют понижающие и повышающие трансформаторы. Применительно к электроэнергетическим системам, понижающие трансформаторы устанавливаются на узловых, проходных, тупиковых понижающих подстанциях, на главных понизительных подстанциях предприятий и городских сетей. На трансформатор такой подстанции приходит высокое напряжение, а уходит с него низкое напряжение. Например, на силовые трансформаторы узловой подстанции приходит напряжение 500 кВ, а уходит напряжение 220 кВ.
Повышающие трансформаторы работают в составе распределительных устройств электростанций, повышая напряжение от 6, 10, 18 или 24 кВ (так называемые генераторные напряжения) до напряжений, характерных для энергосистем (35-750 кВ)
Трансформатор
Трансформаторы могут быть двух или трехобмоточными. У двухобмоточного трансформатора два класса напряжения – высший и низший, например, 110/6 кВ, а у трехобмоточного трансформатора три класса напряжения: высший, средний и низший, например, 110/35/6 кВ.
Автотрансформатор
Автотрансформатор — тип трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки электрически соединены между собой. При этом одна обмотка имеет не менее трех выводов, соединив их можно получить напряжения разных классов.
Схематично их можно представить следующим образом:
Схема автотрансформатора
Следует подчеркнуть, что автотрансформаторы не имеют гальванической развязки, то есть в аварийной ситуации (пробое) первичное высокое напряжение вполне может быть подано на низкую сторону, что выведет из строя все устройства, подключенные в качестве нагрузки к низкой стороне.
Автотрансформаторы бывают с фиксированным и регулируемым выходным напряжением. Регулируемые версии включают такие продукты, как лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)
Автотрансформаторы, также, как и трансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими. В электроэнергетических системах автотрансформаторы зачастую применяются на мощных подстанциях по причине меньшей материалоемкости в сравнении с трансформаторами аналогичной мощности.
Количество обмоток в автотрансформаторе напрямую связано с количеством фаз. Другими словами, если нам нужен автотрансформатор в однофазной сети, то он будет однообмоточный, если в трехфазной сети, то трехобмоточный.
Кратко о принципе действия
Примечание. Далее мы рассмотрим так называемые идеальные трансформаторы, где падением напряжения можно пренебречь. Это означает, что выполняется следующее равенство U1 = E1 и U2 = E2.
Кратко расскажем о принципах работы этих двух устройств.
Итак, как мы знаем, трансформатор имеет как минимум пару обмоток, которые намотаны на сердечник и изолированы друг от друга.
Обозначение обмоток трансформатора
Если на первичную обмотку подать переменное напряжение от сети или от другого источника тока, то протекающий в ней ток создает магнитное поле, поток вектора магнитной индукции этого поля сцепляется с витками вторичной обмотки, наводя в ней напряжение. Магнитопровод служит усилителем магнитного поля, в силу своей хорошей магнитной проводимости.
В этом случае разность напряжений между первичной и вторичной обмотками находится по соотношению их витков (коэффициент трансформации).
Uп/Ud=n1/n2
Где n1,n2 – количество витков на первичной и вторичной обмотке соответственно
Теперь скажем несколько слов об автотрансформаторе.
Электромагнитная схема автотрансформатора
Схема понижающего автотрансформатора построенного из обычного трансформатора
Предположим, что к виткам W1 обмотки автотрансформатора подключен источник переменной энергии, а к виткам W2 подключен потребитель.
При протекании переменного тока в обмотке автотрансформатора образуется переменный магнитный поток, который формирует в обмотке электродвижущую силу, находящуюся в прямой зависимости от числа витков.
Это означает, что части обмотки, где витки W1, образованы U1 и, следовательно, где W2 образованы U2.
Коэффициент трансформации для автотрансформатора определяется по тому же принципу, что и для обычного трансформатора, с помощью следующего уравнения:
К = U1/U2 = W1/W2
Существенные отличия начинаются при рассмотрении протекающих токов.
Так как у нас подключена нагрузка, то в части обмотки с числом витков W2 образуется ток I2.
В верхней половине обмотки, где количество витков (W1-W2), протекает ток I1, который будет значительно отличаться от тока, протекающего в нижней обмотке (W2). В нижнюю обмотку протекает результирующий ток, который, согласно правилу Ленца, будет равен I2-I1.
А это значит, что в части обмотки, с которой подается напряжение к потребителю, ток будет значительно меньше, чем в токе в нагрузке, то есть выражение верно.
I 2- I 1<< I 2
Этот эффект позволяет значительно удешевить саму обмотку, что снижает себестоимость изделия.
Преимущества и недостаткиПреимущества и недостатки автотрансформатора
Итак, сначала давайте рассмотрим преимущества и недостатки автотрансформатора.
| Достоинства и недостатки автотрансформатора | |
|---|---|
| Достоинства (Данные достоинства актуальны только при условии что коэффициент трансформации K≤2) | Недостатки |
| Меньший расход стали при производстве сердечника | Для нормальной работы требуется глухозаземленная нейтраль, что приводит к увеличению токов к.з. |
| Меньший расход меди при производстве обмоток | Электрическая связь стороны ВН со стороной НН требует усиления изоляции между обмотками и корпусом |
| Меньшие габариты конструкции | Электрическая связь повышает опасность попадания ВН на сторону НН |
| Высокий КПД до 99% | |
| Меньшие потери на обмотках и магнитопроводе | |
| Часть электроэнергии передается за счет электрической связи | |
Теперь давайте узнаем о преимуществах и недостатках трансформатора
| Достоинства и недостатки трансформатора | |
|---|---|
| Достоинства | Недостатки |
| Присутствует гальваническая развязка, что гарантирует непопадания высокого напряжения ВН на НН | Высокий расход меди при производстве катушек |
| Высокая степень надежности | Высокий расход стали при производстве сердечника |
| Простота конструкции | Высокая стоимость производства |
| Эффективная эксплуатация в любой режим нагрузки (в том числе быстрый запуск из выключенного состояния на полную мощность) | |
Классический трансформатор можно встретить практически везде: от самой обычной зарядки до огромных электростанций на крупных высоковольтных станциях.
Автотрансформаторы также довольно распространены. Хорошо известен лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), но силовые автотрансформаторы также можно встретить в сетях, где есть заземленная нейтраль.
Статья была проверена и отредактирована экспертом нашего сайтаСаксонов А.С.
Научный сотрудник Самарского государственного технического университета, кафедра теоретическая и общая электротехника (Самара)
Подробнее об эксперте
Разница между автотрансформатором и обычным трансформатором со сравнительной таблицей
Между автотрансформатором и обычным трансформатором есть несколько отличий. Одно из основных различий между ними заключается в том, что автотрансформатор имеет только одну обмотку, тогда как обычный трансформатор имеет две отдельные обмотки. Другие различия между ними объясняются ниже в виде сравнительной таблицы.
Содержимое: Автотрансформатор V/S Обычный трансформатор
- Сравнительная таблица
- Определение
- Ключевые отличия
- Сходства
Сравнительная таблица
| Основание для различий | Автотрансформатор | Обычный трансформатор |
|---|---|---|
| Определение | Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой действует как первичная, а другая как вторичная. | Это статическая машина, которая передает электрическую энергию от одного конца к другому без изменения частоты. |
| Количество обмоток | Автотрансформатор имеет только одну обмотку, намотанную на многослойный сердечник | Он имеет две отдельные обмотки, т. е. первичную и вторичную обмотки. |
| Символ | ||
| Изоляция | Первичная и вторичная обмотки электрически не изолированы. | Первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. |
| Индукция | Самоиндукция | Взаимная индукция |
| Размер | Маленький | Большой |
| Передача мощности | Частично путем преобразования и частично посредством прямого электрического соединения. | Через трансформацию |
| Регулировка напряжения | Лучшее | Хорошее |
| Материал обмотки | Требуется меньше | Требуется больше |
| Цепь | Цепи первичной и вторичной обмотки соединены магнитным способом. | Цепи первичной и вторичной обмотки соединены как электрически, так и магнитно. |
| Соединение | Зависит от ответвления | Подсоединение непосредственно к нагрузке. |
| Пусковой ток | Уменьшается | Уменьшается в 1/3 раза. |
| Ток возбуждения | Маленький | Большой |
| Экономичный | Больше | Меньше |
| Стоимость | Менее дорогая | Более дорогая |
| Эффективный | Больше | Меньше |
| Поток рассеяния и сопротивление | Низкий | Высокий |
| Полное сопротивление | Меньше | Высокое |
| Стоимость | Дешево | Очень дорого |
| Потери | Низкий | Высокий |
| Выходное напряжение | Переменная | Постоянная. |
| Применение | Использование в качестве пускателя в асинхронном двигателе, в качестве регулятора напряжения, на железных дорогах, в лаборатории. | Использование в энергосистеме для повышения и понижения напряжения. |
Определение автотрансформатора
Трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой действует как первичная, а другая как вторичная, называется автотрансформатором. Обмотки автотрансформатора связаны магнитно и электрически.
Когда первичное напряжение больше вторичного, то трансформатор называется понижающим автотрансформатором, а когда первичное напряжение меньше вторичного, то он называется повышающим автотрансформатором.
Автотрансформатор имеет низкую стоимость, лучшее регулирование и низкие потери. Недостатком автотрансформатора является то, что первичная обмотка автотрансформатора не изолирована от вторичной. Таким образом, если низкое напряжение подается от высокого напряжения, то на вторичный вывод приходило полное напряжение, что опасно для нагрузки и оператора.
Автотрансформатор не используется для соединения системы высокого и низкого напряжения. Используется там, где требуется небольшое изменение
.
Определение обычного трансформатора
Обычный трансформатор представляет собой статическое устройство, которое передает электрическую энергию из одной цепи в другую с той же частотой, но с другим напряжением. Он работает по принципу электромагнитной индукции, т. е. электродвижущая сила индуцируется в замкнутом контуре за счет переменного магнитного поля вокруг него. Обмотки обычного трансформатора электрически изолированы, но связаны магнитным полем.
Обычный трансформатор имеет две обмотки. т. е. первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка получает питание от источника питания, а вторичная обмотка подключается к нагрузке и подает энергию в нагрузку.
Когда выходное напряжение трансформатора больше входного напряжения, то такой тип трансформаторов называется повышающим трансформатором, а когда выходное напряжение меньше входного напряжения, он называется понижающим трансформатором.
Трансформатор, в котором напряжение приема и напряжение передачи одинаковы, такой тип трансформатора называется трансформатором один к одному.
Основные различия между автотрансформатором и трансформатором
- Автотрансформатор имеет только одну обмотку, которая действует как первичная и вторичная, тогда как обычный трансформатор имеет две отдельные обмотки, то есть первичную и вторичную обмотку.
- Автотрансформатор работает по принципу самоиндукции, т.е. индуцирует электромагнитную силу в цепи из-за изменения тока. Обычный трансформатор работает по принципу взаимной индукции, при котором ЭДС индуцируется в катушке за счет изменения тока в соседней катушке.
- Автотрансформатор меньше по размеру, тогда как обычный трансформатор больше по размеру.
- Автотрансформатор более экономичен по сравнению с обычным трансформатором.
- В автотрансформаторе электроэнергия передается от первичной обмотки к вторичной частично в процессе преобразования и частично посредством постоянного тока.
Обычный трансформатор передает электроэнергию посредством электрического преобразования, из-за которого происходит потеря мощности. - Регулировка напряжения автотрансформатора намного лучше, чем у обычного трансформатора
- Регулировка напряжения — это изменение напряжения вторичной клеммы от холостого хода до полной нагрузки.
- Автотрансформатор имеет только одну обмотку. Таким образом, для обмотки требуется меньше проводника по сравнению с обычным трансформатором.
- Первичная и вторичная обмотки автотрансформатора электрически не изолированы, тогда как обмотки обычного трансформатора электрически изолированы друг от друга.
- Пусковой ток автотрансформатора меньше фактического тока, тогда как пусковой ток обычного трансформатора составляет одну треть тока сети.
- Автотрансформатор более эффективен по сравнению с обычным трансформатором.
- Поток рассеяния и сопротивление автотрансформатора низкие, потому что он имеет только одну обмотку, в то время как у обычного трансформатора они высокие.
- Автотрансформатор имеет меньшее полное сопротивление по сравнению с обычным током. Меньший импеданс приводит к большому току короткого замыкания.
- Стоимость автотрансформатора намного меньше, в то время как обычный ток очень дорог.
- Потери в автотрансформаторе меньше, чем в обычном трансформаторе.
- Выходное напряжение вторичного трансформатора изменяется, когда во вторичной обмотке используются скользящие контакты, тогда как выходное напряжение обычного трансформатора всегда остается постоянным.
- Автотрансформатор используется в качестве регулятора напряжения в лаборатории, на железнодорожных станциях, в качестве статора в асинхронном двигателе и т. д., тогда как обычный трансформатор используется для повышения и понижения напряжения в электросети. .
Обычный трансформатор передает электроэнергию посредством электрического преобразования, из-за которого происходит потеря мощности.
Сходства: Автотрансформатор и обычный трансформатор работают по принципу электромагнитной индукции. Для изготовления обмоток использовали медный проводник.
Сердечники обоих трансформаторов изготовлены из стали CRGO. Первичная и вторичная обмотки обоих преобразователей магнитно связаны друг с другом.
Отличие автотрансформатора от обычного трансформатора
Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.
В двухобмоточном трансформаторе вся мощность передается от первичной обмотки к вторичной ТОЛЬКО посредством индукции. через проводимость.
В двухобмоточных трансформаторах первичная и вторичная обмотки намотаны на отдельных ветвях или чередуются, что означает концентричность одной обмотки над другой и сохранение изоляции между ними). Таким образом, обе обмотки принципиально изолированы друг от друга электрически и связаны ТОЛЬКО магнитно с помощью потока. Таким образом, любая мощность передается на вторичную сторону ТОЛЬКО за счет индукции (ЭДС индуцирования во вторичной обмотке).
В случае автотрансформатора существует ТОЛЬКО одна обмотка, часть которой является общей для первичной и вторичной обмотки.
Это означает, что с помощью этой взаимной обмотки как первичная, так и вторичная обмотки электрически связаны, и, следовательно, мощность, передаваемая из-за этой общей обмотки, в основном осуществляется за счет проводимости. Мощность, передаваемая из-за обмотки, которая не является взаимной (общей) между первичной и вторичной обмотками, осуществляется индукцией.
В этой статье обсуждаются основные различия между автотрансформатором и обычным трансформатором с точки зрения конструкции, изоляции, индукционного механизма, размера, стоимости, передачи мощности, соединений, эффективности, потерь, тока возбуждения, выходного напряжения и приложений. В следующей таблице объясняются основные различия между автотрансформатором и обычным трансформатором с точки зрения конструкции, работы, принципа работы и применения.
| Характеристики | Обычный трансформатор | Autotransformer | |
|---|---|---|---|
| Construction | Transformer, состоящий из трех парных, используемых по сравнению с другими, по сравнению с другими, используемыми на обороты A, используемых на обороты AR-VARTEGE. | Трансформатор с одной электрической обмоткой, который можно использовать как понижающее или повышающее устройство. | |
| Изоляция | Первичная и вторичная обмотки электрически изолированы. | Первичная и вторичная обмотки электрически не изолированы. | |
| Представление | |||
| Индукционный принцип | Использование | Самоидушка. первичный, вторичный и третичный | Имеется ТОЛЬКО одна обмотка, которая служит как первичной, так и вторичной. |
| Размер | Большой по размеру из -за отдельных (множественных) обмоток | Маленький, так как есть только одна обмотка | |
| Материал. | Для намотки требуется меньше материала | ||
| Экономичный | Less economical because of bigger size and maintenance | Much more economical as compared to their counter-part | |
| Cost for same VA rating | More costly | Less costly | |
| Power transfer | ТОЛЬКО через индукцию | Через индукцию, а также прямое электрическое соединение | |
| Соединение цепи | Первичная и вторичная и связанные (соединенные) магнитно. |