Все, что Вы хотели знать о автотрансформаторах

Устройство автотрансформатора: В жизни часто происходят случаи, когда надо изменить напряжение, но в небольших пределах, для таких случаев используют автотрансформаторы. В отличие от обычных трансформаторов, у которых первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны между собой и между ними имеется только электромагнитная связь, обмотки автотрансформаторов кроме электромагнитной связи соединены проводниками гальванически. Иных внешних отличий между ними нет. Выбирая порядок включения обмоток трансформатора, мы можем получить на его выходе повышенное или же пониженное напряжение.

Схема соединения обмоток и работа однофазного автотрансформатора.

Принципиальная схема соединения обмоток однофазного понижающего автотрансформатора, включенного на нагрузку Ry показана на рис. Его режим работы на холостом ходу не отличается от режима работы трансформатора. Подведенное к первичной обмотке напряжение иг равномерно распределяется между витками обмотки Ах, по которой проходит ток холостого хода; вторичное напряжение U2 пропорционально числу витков обмотки ах и равно разности потенциалов между этими точками.
Ток во вторичной цепи при нагрузке состоит из двух слагаемых: тока 1\ первичной стороны, проходящего по обмотке Аа, минуя обмотку ах, и тока 1ах, проходящего по общей части обмотки ах, равного разности токов.
Мощность S2 вторичной цепи на стороне нагрузки также состоит из двух слагаемых: электрической мощности 5Э, передаваемой непосредственно из первичной сети во вторичную через обмотку Аа, и электромагнитной мощности 5ЭМ, передаваемой во вторичную цепь трансформаторным преобразованием, таким образом 52 = 5э + 5эМ.
Вторичную обмотку автотрансформатора рассчитывают на разность токов h—h, витки первичной обмотки — на разность напряжений UЛ—U2. Этим и обусловливается экономическая целесообразность применения автотрансформаторов.
В автотрансформаторе различают проходную мощность 5= = UiIl и типовую (расчетную) ST^U2-(l2—Л). Применение автотрансформаторных схем определяется коэффициентом выгодности а:а=(1 — l/k), где k — коэффициент трансформации автотрансформатора.
Выражая типовую мощность через а и S, имеем ST=aS= = (l—l/k)S.

Таблица 1: Стандартные схемы и группы соединения трехфазных двухобмоточных автотрансформаторов.

Отсюда следует что типовая мощность автотрансформатора в а раз меньше проходной и наиболее выгодные значения а принимает, когда коэффициент трансформации близок к единице. Например, для передачи мощности 120 MB-А из сети 220 кВ в сеть 110 кВ достаточно, чтобы типовая мощность автотрансформатора была 60 MB-А. Если для этой цели применить трансформатор, его необходимо рассчитать на мощность 120 MB-А.
Соответственно автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет меньшие массу, размеры и расход активных материалов (электротехнической стали, обмоточных проводов), потери электрической энергии в обмотках и магнитной системе, а следовательно, больший кпд. Однако применение автотрансформаторов ограничено, так как использование их экономически оправдано только при коэффициенте трансформации, равном 2—3, при большем — их мощность приближается к типовой мощности трансформаторов; индуктивное сопротивление обмоток, соединенных по автотрансформаторной схеме (особенно при большом коэффициенте трансформации), значительно меньше сопротивления обмоток трансформатора той же мощности, поэтому при коротком замыкании в сети напряжение на стороне НН возрастает до напряжения стороны ВН и через обмотки автотрансформатора будет проходить недопустимо большой ток короткого замыкания, и поэтому для защиты автотрансформатора от разрушения
приходится применять специальные устройства, ограничивающие этот ток до допустимых пределов. Кроме того, связь через автотрансформатор сетей НН и ВН вызывает опасность для обслуживающего персонала и оборудования электроустановок, так как между проводниками сети НН и землей постоянно действует напряжение стороны ВН. При отключении сети со стороны ВН на стороне обмоток НН будет действовать высокое напряжение.

Таблица 2: Стандартные схемы и группы соединения обмоток трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов

Автотрансформаторы так же как и трансформаторы могут быть одно- и трехфазными, двух- и трехобмоточными. Стандартные схемы и группы соединения обмоток для трехфазных двух- и трехобмоточных автотрансформаторов приведены в табл. 1 и 2.

Назначение: Автотрансформаторы можно отнести к классу трансформаторов специального назначения. Они могут успешно составлять конкуренцию обычным трансформаторам с двумя обмотками, но только в случае, когда коэффициент передачи близок к 1, или, в крайнем случае, 2. В случае, когда коэффициент передачи равен 3, автотрансформатор становится не рентабельным.

Применение:

питание выпрямителей в радиотехнических устройствах;
питание приборов (зарубежных производителей) с нестандартным напряжением;
места с постоянно пониженным напряжением (дачные поселки, частные сектора);
отопительные приборы и кондиционеры;
системы сигнализации;
машиностроение;
технологических процессах.

Преимущества и недостатки автотрансформаторов:

По сравнению с обычными трансформаторами, автотрансформаторы имеют ряд преимуществ. Среди преимуществ можно выделить то, что КПД автотрансформаторов намного выше, чем у обычных трансформаторов, количество витков, размеры и вес магнитопровода меньше, что значительно экономит материал и соответственно цену автотрансформаторов. Недостатком является то, что устройство, использующее автотрансформатор соединено с электрической сетью, то есть ни одну из точек схемы такого устройства нельзя заземлить. Это может привести к короткому замыканию или к выходу из строя устройства.
В автотрансформаторах существует электрическая связь помимо магнитной. Таким образом, расчетная мощность представляет собой часть проходной. В обычных же трансформаторах вся проходная мощность является расчетной (зависит от габаритов и веса трансформатора) из-за существования исключительно магнитной связи. Целесообразнее всего использовать автотрансформаторы с коэффициентом трансформации, имеющим значение меньше 2. В случае, если коэффициент имеет значение большее, у автотрансформаторов появляются некоторые недостатки.
В наше время, в бытовой технике и автоматических устройствах широко применяются автотрансформаторы со значением мощности до 1кВА. Автотрансформаторы с большей мощностью применяют обычно в устройствах с мощными двигателями переменного тока — так называемые силовые автотрансформаторы. Их мощность достигает значения нескольких сотен МВА.