Автотрансформатор

Це такий трансформатор, у якого між первинною і вторинною обмотками є не тільки магнітний, але і електричний (гальванічний) зв'язок. Автотрансформатори можуть бути підвищувальними і понижувальними, одно- чи трифазними.

Розглянемо принцип роботи на прикладі однофазного понижувального автотрансформатора, схема якого представлена на рис. 9.6.

В режимі холостого ходу струм, що проходить по обмотці А-Х призводить до появи магнітного потоку, який індукує в кожному витку ЕРС ; отже, на затискачах ах з'явиться ЕРС , де і - кількості витків, ввімкнених відповідно між затискачами, і ; - коефіцієнт трансформації.

Порівняємо співвідношення звичайного трансформатора з автотрансформатором в режимі навантаження, при якому, як і в п. 8.10, знехтуємо струмом холостого ходу. Якщо б обмотки А-Х і а-х були зв'язані між собою тільки електромагнітним чином, тобто як у звичайному трансформаторі, то в цьому випадку рівняння МРС (8.18) мало б вигляд , звідки

(9.2)

Однак струм тече тільки по частині обмотки А-а, а на ділянці а-х проходить струм, рівний геометричній сумі ; тоді з урахуванням (9,2)

(9.3)

Виявляється, що струм у "вторинній" обмотці автотрансформатора менше вторинного струму в звичайному трансформаторі; це означає, що при одній і тій же густині струму переріз проводу "вторинної" обмотки автотрансформатора може бути менше, ніж у звичайного автотрансформатора.

Частина обмотки А-а повинна мати такий самий переріз, як і у звичайного трансформатора, так як по ній проходить струм . Однак її число витків

(9.4)

менше, ніж у первинної обмотки звичайного трансформатора

Таким чином, згідно рівнянь (9.3) і (9.4), затрати міді в автотрансформаторі в цілому також можуть бути менші, ніж у звичайного трансформатора. Зменшення кількості обмотувальної міді в такій же мірі викличе і зменшення в ній електричних втрат.

Для будь-якого трансформатора існує поняття розрахункової (електромагнітної) потужності, якою визначаються всі його розміри: . Згідно виразу (8.4), ЕРС і пропорційні магнітному потокові, який можна представити як добуток індукції В на площу поперечного перерізу сталі магнітопроводу ; значить, і, ввівши деяку сталу с, отримаємо . Якщо густина струму в обмотці , а площа поперечного перерізу провідника (міді) то . Отже, , тобто при заданих значеннях В і розміри магнітопроводу і обмотки визначаються значенням потужності. .

У звичайному трансформаторів розрахункова потужність обох обмоток

(9.5)

Розрахункова потужність автотрансформатора може бути представлена у вигляді суми потужностей на ділянці А-а і а-х, тобто

(9.6)

З урахуванням (9.4)

(9.7)

Підставивши (9.3) і (9.7), отримаємо

(9.8)

Поділивши (9.8) на (9.5), побачимо, що розрахункова потужність автотрансформатора і, значить, його розміси складають частину потужності звичайного трансформатора

(9.9)

Величину к_в називають коефіцієнтом, вигідності. Очевидно, чим менше значення к, тим, менше к_&, тобто тим вигідніше застосування автотрансформатора.

Фізично це пояснюється тим, що в автотрансформаторі частина енергії передається із первинного кола до вторинного гальванічним шляхом (по дротам), так як вторинне коло електрично зв'язана, з первинним. При вигідність використання автотрансформатора зменшується; при цьому звичайно , відповідно .

Автотрансформатори малої потужності широко використовують в пристроях зв'язку і автоматики, радіоапаратурі, і лабораторних стендах. Останнім часом застосовують також автотрансформатори великої потужності, за посередництвом яких з'єднують високовольтні мережі різних напруг (110, 154, 220, 330, 500 кВ).

Суттєвим недоліком, автотрансформаторів є те, що вторинне коло у них електрично з'єднане з первинним. При цьому обмотки НН і підключені до них споживачі повинні мати таку ж ізоляціюпо відношенню до землі, як обмотка ВН і первинне коло. З тієї ж причини в цілях забезпечення електробезпеки не допускається використання автотрансформаторів для живлення кіл низької напруги від мережі високої напруги.