Автотрансформатор

Автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет одну обмотку, часть кото­рой принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям.

На рис. 1.28 показана схема понижающе­го автотрансформатора, где общей частью обмотки является участок ах, ток в котором равен разности вторичного и первич­ного токов:

(1.88)

Рис. 1.28. Электрическая принципиальная схема понижающего автотрансформатора

Мощность, передаваемая во вторичную цепь автотрансформатора,

Так как согласно уравнению (1.88)

,

то

(1.89)

здесь – мощность, передаваемая во вторичную цепь авто­трансформатора электрическим путем, в результате электрической связи между первичной и вторичной цепями: – мощность, передаваемая во вторичную цепь электромагнитным путем, посредством магнитного потока.

Габариты трансформаторов и автотрансформаторов определяются их электромагнитными мощностями (считаем ). В этом нетрудно убедиться, проанализировав выражение электро­магнитной мощности:

Магнитный поток Ф представим произведением магнитной индукции В на площадь поперечного сечения стержня :

а ток – произведением плотности тока на площадь сечения провода обмотки :

В результате получим

(1.90)

где – величина постоянная, так как частота тока f, магнитная индукция В и плотность тока являются величинами вполне определенными; общая площадь сечения меди в обмотке.

Из выражения (1.90) следует, что именно величина электромагнитной мощности определяет сечение меди и стали автотрансформатора, т. е. его габариты. В автотрансформаторе электромагнитным путем во вторичную цепь передается лишь часть мощно­сти, что дает возможность уменьшить сечение магнитопровода и обмоток, а также их вес. В результате снижаются магнитные и электрические потери.

Таким образом, двухобмоточный автотрансформатор по сравнению с двухобмоточным трансформатором равной мощности об­ладает рядом преимуществ: меньшими размерами и весом, более высоким к. п. д., меньшей стоимостью. Указанные преимущества тем значительнее, чем больше мощность , передаваемая во вторичную цепь электрическим путем. Величина мощности обратно пропорциональна коэффициенту трансформации:

(1.91)

где k – коэффициент трансформации автотрансформатора:

Электромагнитная мощность

Величину, обратную коэффициенту транс­формации автотрансформатора, назовем коэф­фициентом выгодности . На рис. 1.29 показан график , из которого видно, что с увеличением коэффициента трансформации уменьшаются преимущества автотрансформатора по сравнению с обыч­ным трансформатором такой же мощности. Применение автотрансформаторов дает значительные преимущества лишь при .

Рис. 1.29. График зависимости коэффициента выгодности автотрансформатора от коэффициента передачи

Наряду с преимуществами автотрансформатор имеет и недостатки, основными из которых являются:

1) большой ток короткого замыкания, что объясняется выключением из цепи (шунтированием) значительной части витков (на рис. 6.20 это часть обмотки ах);

2) электрическая связь между первичной и вторичной цепями, что в некоторых схемах недопустимо;

3) резкое повышение напряжения на стороне НН до уровня напряжения на стороне ВН (при определенных условиях, например, при обрыве обмотки на участке ах или при коротком замыкании участка Aa), что весьма опасно для при­боров и оборудования, включенного на стороне НН.

Автотрансформаторы могут быть и трехфазными. Обмотки такого автотрансформатора соединяют в звезду (рис. 1.30).

Рис. 1.30. Принципиальная электрическая схема трехфазного автотрансформатора

Промышленностью выпускаются также регулируемые автотрансформаторы для лабораторий – типа ЛАТР, позволяющие плавно регулировать напряжение от 0 до 250 В.