Чем отличается трансформатор от автотрансформатора

Определения

Трансформатор — это электромагнитное устройство, которое передает энергию через магнитное поле. Он состоит из двух или более обмоток (иногда называемых катушками) на стальном, железном или ферритовом сердечнике, в зависимости от количества фаз, входного и выходного напряжения. Его главная особенность в том, что первичная цепь и вторичная цепь электрически не связаны, т.е. обмотки не имеют электрических контактов. Это называется гальваническая развязка. Такое сочетание катушек называется индуктивным.

Ниже представлено графическое изображение двух- и трехвиткового трансформатора на схеме:

Они могут быть повышающими, понижающими или изолированными (входное напряжение равно выходному напряжению). В этом случае, если подать питание на вторичную обмотку понижающего трансформатора — вы получите более высокое напряжение на первичной обмотке, тот же принцип работает и для повышающего трансформатора.

Автотрансформатор — это один из вариантов трансформатора с одножильным сердечником, намотанным аналогично предыдущему случаю. В отличие от обычного трансформатора, первичная и вторичная стороны электрически соединены. Следовательно, он не обеспечивает гальванической развязки. Графическое изображение автотрансформатора можно увидеть ниже:

Автотрансформаторы доступны в версиях с постоянным выходным напряжением и регулируемым напряжением. Последние широко известны как LATR (лабораторные автотрансформаторы). Они также могут быть понижающими или повышающими. В регулируемом LATR вторичная цепь подключена к контактному контакту катушки.

Важный! Из-за отсутствия гальванической развязки автотрансформаторы по определению нельзя изолировать, в отличие от обычных!

Еще одно отличие — количество витков автотрансформатора — обычно оно равно количеству фаз. Следовательно, однообмоточные изделия используются для питания однофазных устройств, а трехобмоточные изделия используются для питания трехфазных устройств.

Принцип действия

Давайте кратко и просто объясним, как работают разные версии.

Трансформатор имеет как минимум две обмотки — первичную и вторичную (или более одной). Если первичная обмотка подключена к сети (или другому источнику переменного тока) — тогда ток в первичной обмотке создает магнитный поток через сердечник, который проходит через вторичные катушки, вызывая в них ЭДС. Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции, в частности на законе Фарадея. Поскольку ток течет во вторичной обмотке (к нагрузке), ток в первичной обмотке также изменяется из-за взаимной индукции. Разница напряжений между первичной и вторичной обмотками определяется их коэффициентом крутки (коэффициентом трансформации).

Un / Ud = n1 / n2

n1, n2 — количество витков на первичной и вторичной обмотках.

Если говорить об автотрансформаторе, то у него одна обмотка, если фаз несколько, то столько же обмоток. Когда через него протекает переменный ток, возникающий внутри него магнитный поток индуцирует ЭДС в той же обмотке. Его размер прямо пропорционален количеству витков. К рулевому устройству подключена нагрузка (вторичная цепь). В повышающем автотрансформаторе мощность подается не на концы обмотки, а на один конец и отвод обмотки, в отличие от трансформатора. Что показано на схеме выше.

Основные отличия

Чтобы помочь вам понять разницу между обычным трансформатором и автотрансформатором, мы собрали их основные отличия в таблице:

ТрансформаторАвтотрансформатор
ЭФФЕКТИВНОСТЬКПД автотрансформатора выше, чем у обычного, особенно когда разница между входным и выходным напряжением мала.
Количество ходовМинимум 2 или больше, в зависимости от количества фаз1 или более в зависимости от количества фаз
Гальваническая развязкадаНет
Опасность поражения электрическим током при питании бытовых электроприборовПри выходном напряжении менее 36В значения не имеет.Высоко
Безопасность подключенных устройствВысокоНизкий, еслина катушках после ответвления на нагрузку обрыв катушки, на нее будет поступать все питающее напряжение
РасходыВысокий, потому что потребление меди и стали для сердечников велико, особенно для трехфазных трансформаторов.Низкий, поскольку каждая фаза имеет только одну обмотку, потребление меди и стали низкое

Сфера применения

Трансформаторы используются повсюду, от электростанций и подстанций на десятки и сотни тысяч вольт до питания небольших приборов. Хотя в последнее время стали применяться блоки питания, которые также основаны на генераторе и трансформаторе на ферритовом сердечнике.

Автотрансформаторы используются в бытовых стабилизаторах напряжения. LATRON часто используются в лабораториях для тестирования или ремонта электронных устройств. Тем не менее, они также нашли применение в высоковольтных сетях, а также при электрификации железнодорожных линий.

Например, на железных дорогах такие изделия используются в сетях 2х25 (две по 25 кВ). Как и на схеме выше, в малонаселенной местности прокладывается линия 50 кВ, а на электропоезд через контактный провод от понижающего автотрансформатора подается напряжение 25 кВ. Это снижает количество тяговых подстанций и потери в линиях.

Теперь вы знаете основное различие между трансформатором и автотрансформатором. Чтобы углубить свои знания, рекомендуем посмотреть это удобное видео на эту тему: