Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).

Лабораторный автотрансформатор предназначен для регулировки напряжения в однофазной и в трёхфазной сети. Это может быть необходимо в лабораториях или при покупки электротехники за границей: Например, в Америке, где напряжение в розетке составляет 110В (при частоте 60 Гц) возникает проблема при подключении её электротехнических приборов, ведь в России напряжение соответствует другим стандартам и ГОСТам (ГОСТ 13109-97). Однако из данной ситуации можно легко найти выход - купив автотрансформатор (ЛАТР) серии TDGC или TSGC, способные работать от сети 50 Гц и 60 Гц. Данное устройство позволит вручную выставить напряжение, которое необходимо для решения проблемы. Регулируя напряжение, можно более чётко менять скорость некоторых типов электродвигателей (например, коллекторных) или подключать приборы, которые требуют напряжения отличные от 220В. Таковыми могут являться импортные станки. Очень часто с такими различиями в питающих напряжениях сталкиваются медицинские центры, в которых установлена импортная и дорогая аппаратура, плюс крайне требовательная к входному качеству напряжения. Однако надо не забывать, что некоторые импортные приборы рассчитанные для работы от сети частотой 60 Гц (например, имеющие большую долю индуктивного сопротивления) нельзя подключать к сети 50 Гц. Поэтому перед подобного рода подключениями необходимо проконсультироваться со специалистами.

Электрическая схема ЛАТРа (или РНО – регулятора напряжения однофазного) представлена на рис. 03.2., а внешний вид – на рис. 03.3. Часть обмотки, расположенная выше верхнего провода входного напряжения U₁ до точки А, служит для получения выходного напряжения U₂ по величине несколько (на 10…20%) больше подводимого. Более удобным и безопасным в обращении является автотрансформатор типа РНШ (регулятор напряжения школьный). Электрическая схема практически не отличается от ЛАТР (рис. 03.4). Для удобства в работе и повышения техники безопасности при эксплуатации он помещён в металлический корпус, снабжён предохранителем, с помощью которого можно переключить номинал входного напряжения, а для более точной установки выходного напряжения, снабжён вольтметром переменного тока. Внешний вид представлен на рис. 03.5.

Рис. 03.2. ЛАТР электрическая схема.

Рис. 03.3. ЛАТР лабораторный автотрансформатор, внешний вид и устройство

1 – ручной привод регулятора; 2 – графитовая или из медных пластин подвижной контакт (или графитовый ролик).

Рис. 03.4. Электрическая схема автотрансформатора типа РНШ.

Рис. 03.5. Автотрансформатор типа РНШ (регулятор напряжения школьный)

Обмотка автотрансформатора ЛАТР, РНО, РНШ намотана на тороидальном сердечнике из электротехнической стали — 3. По верхней торцевой части обмотки вращением ручки 1 перемещается контактная щётка (или графитовый ролик) 2.

Эмалевая изоляция с поверхности провода обмотки, по которой происходит движение контактной щётки (ролика), удалена, поэтому при перемещении щётки происходит изменение числа витков выходной части обмотки, что приводит к изменению вторичного (выходного) напряжения. В отличие от многообмоточного трансформатора, автотрансформатор имеет всего одну обмотку, часть витков которой принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям.

Регулирование напряжения в широких пределах при определенной мощности нагрузки обеспечивается изменением коэффициента трансформации. Изменение коэффициента трансформации происходит за счёт перемещения контакта подключения нагрузки по обмотке автотрансформатора.

В автотрансформаторе первичный ток I₁ и вторичный ток I₂ находятся в противофазе, то есть их векторы сдвинуты относительно друг друга на угол приблизительно равный 180°. Из этого следует, что ток I₁₂ в общей части витков аХ равен разности вторичного и первичного токов автотрансформатора.

I₁₂ = I₂ — I₁

Из полученного выражения следует, что по общей части витков обмотки автотрансформатора проходит ток I₁₂, величина которого меньше вторичного тока I₂. Если коэффициент трансформации автотрансформатора k_А = ω_AX/ω_aX немного отличается от единицы, то токи I₁ и I₂ мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить витки проводом уменьшенного сечения.

Расчётная мощность в автотрансформаторе

S_расч = U₂I₁₂

составляет лишь часть проходной в отличие от трансформатора у которого расчётная и проходная мощности равны.

Автотрансформатор, по сравнению с трансформатором равной мощности, обладает следующими преимуществами:

1. меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая сталь),
2. более высоким КПД,
3. меньшими размерами и, следовательно, меньшей стоимостью.

У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7 %.

Значение мощности S_э обратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора k_A (Рис. 03.6.).

Рис. 03.6. Зависимость S_э/S_пр от коэффициента трансформации

автотрансформатора k_A.

Из графика видно, что применение автотрансформатора даёт заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при k_A=1 вся мощность автотрансформатора передаётся во вторичную цепь за счёт электрической связи между цепями (S_э/S_пр = 1).

Для изготовления автотрансформатора можно использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности. При этом, за счёт уменьшенного сечения сердечника, средняя длина витка обмотки также становится меньше, а следовательно, сокращается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается.

Из графика также следует, что наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации k_A≤2. При большем коэффициенте трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем:

1. Большие токи короткого замыкания в случаях понижающего автотрансформатора —при замыкании точек а и X напряжение U₁ подводится лишь к небольшой части витков А-а, которые обладают небольшим сопротивлением короткого замыкания. В итоге ток короткого замыкания достигает чрезмерно больших значений, оказывающих на автотрансформаторы разрушающее действие. Поэтому токи короткого замыкания в автотрансформаторе должны ограничиваться сопротивлением других элементов электрической схемы, включаемых в цепь автотрансформатора.

2. Наличие электрической (гальванической) связи входа и выхода автотрансформатора, требует усиленной электрической изоляции всей обмотки.При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами выхода автотрансформатора и землёй возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводами и землёй на входе автотрансформатора. По этой причине, в целях обеспечения электробезопасности потребителей, нельзя применять автотрансформаторы для понижения напряжения входной сети до значений, подводимых непосредственно к потребителям.

Использование систем управления позволяет создать автоматический регулятор, обеспечивающий стабильное выходное напряжение при плавно изменяющемся входном (рис. 03.7.). Такой регулятор кроме уставки выходного, должен иметь уставку предельного минимального значения входного напряжения.

Рис. 03.7. Автотрансформатор, автоматический регулятор – электромеханический стабилизатор напряжения на нагрузке

ЭД – реверсивный электродвигатель с редуктором

Принцип работы регулятора основан на том, что благодаря системе управления поддерживается постоянным напряжение на выходе (220В) путём изменения положения щётки ЛАТРа с помощью электродвигателя с редуктором. Положение движка постоянно поддерживается такое, при котором в сеть включена та часть обмотки ЛАТРа, на которой напряжение соответствует в данный момент времени сетевому. В настоящее время построенные по такому принципу регуляторы-стабилизаторы выпускаются как однофазные, так и трёхфазные. Основное их применение в сельской местности.

Основной недостаток такого электромеханического стабилизатора заключается в большой инерционности, определяемой скоростью с которой щётка, с помощью реверсивного электродвигателя, устанавливается в положение, соответствующее имеющему место в данный момент времени сетевому напряжению. Однако, если последовательно с этим регулятором на выходе включить, например, феррорезонансный практически безинерционный стабилизатор, а к нему уже подключить нагрузку, то этот недостаток исключается, но падает электрический КПД устройства и растёт его себестоимость.

Дата добавления: 2015-07-15