Автотрансформаторы

Преобразование переменного напряжения может быть осуществлено с использованием автотрансформатора. Автотрансформатор в конструктивном отношении подобен обычному трансформатору: имеет замкнутый стальной магнитопровод, на котором размещены две обмотки, выполненные из медного провода различного сечения. В отличие от трансформатора обмотки автотрансформатора электрически соединены.

► У понижающего автотрансформатора обмотка вторичного напряжения является частью обмотки первичного напряжения. У повышающего, наоборот, обмотка первичного напряжения является частью обмотки вторичного напряжения. Таким образом, в автотрансформаторе кроме магнитной связи между первичной и вторичной обмотками имеется и электрическая связь.

Электрические схемы понижающего и повышающего автотрансформаторов представлены на рис. 140. Напряжение источника, приложенное к зажимам первичной обмотки АХ с числом витков w₁ уравновешивается в основном эдс E₁ создаваемой переменным магнитным потоком в магнитопроводе.

Вторичная обмотка имеет число витков w₂. В ней создается эдс Е₂=E₁(w_l/w₂). В режиме холостого хода (/₂ = 0), пренебрегая потоком рассеяния, сопротивлением обмоток и потерями в стали, напряжения U₁ и U₂ будут равны:

Коэффициент трансформации равен отношению первичного и вторичного напряжений:

При подключении к зажимам ах нагрузки Z_нток в обшей части обмотки ах İ₁₂ будет равен геометрической сумме токов первичной и вторичной цепей: İ₁₂=İ₁-İ₂.

Мощность, потребляемая автотрансформатором из сети без учета потерь, будет равна мощности, выделяемой в нагрузке, т.е. U₁I₁=U₂I₂, откуда следует I₂I₁=U₁/U₂=n.

При этом так же, как и в трансформаторе, основной магнитный поток Ф_0т.должен оставаться неизменным при неизменном напряжении .

Если пренебречь током холостого хода, то можно считать, что токи I₁ и I₂ сдвинуты по фазе на 180° и их геометрическая сумма равна алгебраической, т. е.

ЗАПОМНИТЕ

В повышающем автотрансформаторе (n<1) направление тока I₁₂ совпадает с направлением тока I₁, а в понижающем они направлены встречно (рис. 140, а, б). Значение же тока I₁₂ всегда меньше I₁ в понижающем и I₂ в повышающем автотрансформаторах. Поэтому сечение провода в общей части обмотки выбирается меньшим.

Электромагнитные процессы в автотрансформаторе ничем не отличаются от процессов в обычном трансформаторе. При работе автотрансформатора под нагрузкой в нем, как и в трансформаторе, ток, потребляемый из сети, увеличивается до значения I₁=I₁₀+(I₂/n), где I₂/n — составляющая тока, которая компенсирует размагничивающее действие тока нагрузки; I₁₀ — ток холостого хода. В результате магнитный поток почти не изменяется, поддерживая, как и в трансформаторе, постоянство Е₁. Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором является более простое устройство, меньший расход меди, более высокий кпд, меньшие потери в обмотках и стали магнитопровода. Это объясняется тем, что в автотрансформаторе энергия из первичной сети во вторичную частично передается по электрической связи.

Однако автотрансформатор по сравнению с трансформатором имеет весьма существенные недостатки; он имеет малое сопротивление короткого замыкания, что обуславливает большой ток короткого замыкания, а электрическая связь между обмотками при высоком первичном напряжении опасна при прикосновении человека к проводам в цепи нагрузки.

► Следует заметить, что преимущество автотрансформатора

тем сильнее, чем меньше коэффициент трансформации.

Поэтому автотрансформаторы применяются при небольших

коэффициентах трансформации (п — 1÷2).

Электромагнитные процессы в трехфазном автотрансформаторе такие же, как и в однофазном. Трехфазные автотрансформаторы применяются в электроэнергетике для связи сетей смешанных напряжений, например 110 и 220, 220 и 500 кВ и т. п., при пуске асинхронных трехфазных электродвигателей с целью уменьшения пускового тока.

Автотрансформаторы низкого напряжения выполняются на небольшую мощность (до 7,5 кВ∙А). Они имеют, как правило, обмотку с одним сечением провода и могут использоваться как для повышения, так и понижения напряжения.

В лабораториях широко применяются автотрансформаторы низкого напряжения малой мощности (ЛАТР), имеющие плавную регулировку выходного напряжения. В этих автотрансформаторах один зажим нагрузки выполнен в виде подвижного (скользящего) контакта.