Автотрасформаторы питания на частоту 50Гц
Отличие автотрансформатора (АТ) от трансформатора состоит в
том, что АТ имеет всего одну обмотку, которая является одновременно и
первичной, и вторичной цепью. Это АТ с одним отводом. Можно изготовить АТ с
несколькими отводами, как для изменения U1, так и для изменения Ун. Конструкция
АТ совершенно одинакова.
Принцип работы АТ практически ни чем не отличается от принципа работы
трансформатора. Рассмотрим работу АТ . Подключим его к сети переменного тока с
напряжением U1 - обмотки 1+2 или 1 . При этом в обмотке АТ индуцируется
какая-то ЭДС Е1, а значит, в той части обмотки, к которой подключена нагрузка,
индуцируется ЭДС Ен, и течет ток 1н. Через общую часть витков АТ во время
каждого полупериода индуцируются и протекают два тока I1 и 1н, которые имеют
встречное направление. Поэтому обмотку АТ можно изготовить проводом меньшего
диаметра, чем у простого трансформатора той же мощности.
Для понижающего и повышающего АТ соответственно справедливы формулы:
nПН=(1+2)/2>1 (U1/Uн),
nПВ=1/(1+2)<1 (U1/Uн),
где nПН и nПВ ; коэффициенты трансформации АТ.
В отличие от трансформатора, у АТ между первичной и вторичной цепями
имеется как электрическая, так и магнитная связь. Таким образом, электрическая
энергия передается потребителю, в отличие от трансформатора, не только
магнитным, но и электрическим способом.
Мощность понижающего и повышающего АТ соответственно можно рассчитать по
формулам:
Рн=UнIн/nПН+UнIн(nПН;1)/nПН=Рэл+Рэм,
Рн=UнIнnПВ+UнIн(1;nПВ)=Рэл+Рэм,
где Рэл, Рэм - соответственно электрическая и электромагнитная
составляющие мощности, поступающей из первичной цепи во вторичную.
Габаритные размеры магнитопровода АТ и потери мощности определяются
электромагнитной составляющей мощности (электрическая составляющая не
учитывается).
Для понижающего и повышающего АТ соответственно:
Рэм=UнIн(1;1/nПН),
Рэм=UнIн(1;nПВ).
Рэм АТ при нужной выходной мощности тем меньше, чем ближе коэффициент
трансформации к единице и чем меньше площадь поперечного сечения магнитопровода
АТ (обычно коэффициент трансформации выбирают в пределах 1, 2...2).
Можно сделать вывод, что при достаточно небольшом коэффициенте трансформации
можно уменьшить как массу и габариты АТ, так и расход меди на обмотку АТ, что
значительно снижает стоимость АТ по сравнению с трансформатором той же
мощности. Кроме того, КПД АТ с малым коэффициентом трансформации выше, чем КПД
трансформатора. При большом коэффициенте трансформации применение АТ невыгодно.
Кроме того, наличие электрической связи низкой и высокой частей напряжения
требует при питании РЭА специализированных мер защиты.
На практике радиолюбители часто изготавливают АТ по схемам, показанным
на рис.2, а, б. Такое исполнение позволяет, применяя различные переключатели,
получать различные напряжения для питания той или иной аппаратуры. Чем больше
отводов, тем больше и плавней можно регулировать получаемое напряжение.
Внимание! Аппаратуру, питаемую от АТ, нельзя заземлять: может
возникнуть короткое замыкание, так как на одном из концов питающего напряжения
присутствует фаза этого напряжения. Такая аппаратура должна быть помещена в
корпус из изолированного материала.
Расчет маломощного АТ почти не отличается от приведенного в
предыдущих статьях расчета трансформатора той же мощности. Небольшой пример
расчета автотрансформатора.
1. Выбирают типовой размер сердечника АТ при потребляемой
электромагнитной мощности:
а) для понижающего АТ (nПН>1):
Рэм=Рн(1;1/nПН)=Pн(1/(1+2));
б) для повышающего АТ (nПВ<1):
Рэм=Рн(1;nПВ)=Рн(2/(1+2)).
Если АТ с отводами, то Рэм следует следует вычислять для всех коэффициентов
трансформации.
2. Вычисляют ток номинальный в первичной цепи при активной нагрузке:
I1=Рн/U1АТcos.
На практике АТcos равен 0, 9…0, 95.
3. Когда рассчитывают диаметр провода обмоток АТ, обязательно учитывают
следующее: для понижающего АТ ток в обмотке 1 равен I1, а ток в обмотке 2 равен
Iобщ=Iн;I1; для по;
вышающего АТ ток в обмотке 2 ; Iн, а ток обмотки 1 ; Iобщ=I1;
4. Падение напряжения на обмотках АТ, при определении числа витков
частей АТ, можно не учитывать.
Промышленность выпускает АТ общего назначения на токи до 32 А, которые
включаются в однофазную сеть переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением
127 и 220 В, а также в трехфазную сеть с частотой 50 Гц и напряжением 220 и
380В. Промышленность выпускает также специальные АТ для включения в сеть с
частотой 400 Гц. Нужно внимательно смотреть маркировку промышленных АТ.
Пример маркировки промышленного АТ:
AOСH-10-2200У4:
номинальный ток нагрузки 10 A;
число регулируемых цепей 1;
КПД 95%;
ток "холостого хода" 0, З А.
В обозначениях АТ:
А ; автотрансформатор;
О ; однофазный;
Т ; трехфазный;
С ; сухой с естественным воздушным охлаждением;
М ; с масляным наполнением;
Н ; с регулированием напряжения под нагрузкой;
П ; с электромеханическим приводом;
Д ; с двумя регулируемыми цепями.
Далее, после букв, указывают номинальный ток нагрузки в ампера, номинальное
первичное напряжение (U1) в вольтах, год разработки, условное обозначение
климатического исполнения, категория размещения, место установки
(встраиваемый, стационарный и пр.) и т.д. Радиолюбителя, как правило, интересуют
только номиналы, указанные в примере.