Лекція 7. Трансформатори

5. Автотрансформатори

В автотрансформаторах (рис. 7.12 та рис. 7.13) між первинним і вторинним колами крім магнітного зв’язку існує ще й електричний зв'язок.

Пояснюється вказане конструктивними особливостями, що притаманні автотрансформатору. В автотрансформаторі є лише одна обмотка (на кожну фазу), частина витків якої належить як первинному, так і вторинному колам.

Розрахункова потужність автотрансформатора становить лише частину прохідної потужності, яка передається з первинного кола у вторинне.

Рис. 7.12. Електрична схема однофазного автотрансформатора

Друга частина цієї потужності передається з первинного у вторинне коло без участі магнітного поля за рахунок електричного зв’язку між колами автотрансформатора. Отже:

,

де  - потужність, яка передається з первинного кола автотрансформатора у вторинне за рахунок електричного зв’язку між цими колами;

 - розрахункова потужність в автотрансформаторі.

Таким чином, розрахункова потужність складає лише частину всієї потужності, що передається з кола первинної обмотки у коло вторинної обмотки автотрансформатора. Це надає можливість для виготовлення автотрансформатора використати магнітопровід меншого перерізу, ніж у трансформаторі такої ж потужності. При цьому за рахунок зменшеного перерізу осердя середня довжина витка обмотки також стає меншою, а отже, зменшуються витрати міді на виконання обмотки автотрансформатора. Одночасно зменшуються магнітні й електричні втрати, а ККД автотрансформатора у порівнянні з двохобмотковим трансформатором такої ж потужності підвищується.

Рис. 7.13. Електрична схема трифазного автотрансформатора

Таким чином, автотрансформатори у порівнянні з трансформаторами характеризуються наступними перевагами:

- меншими витратами матеріалів (перш за все міді й електротехнічної сталі),

- більш високим ККД,

- меншими розмірами,

- меншою вартістю.

Вказані переваги автотрансформаторів тим суттєвіші, чим більша потужність , яка передається з первинного кола автотрансформатора у вторинне за рахунок електричного зв’язку між цими колами (й зазвичай зветься електричною частиною потужності), а отже чим менша розрахункова частина  прохідної потужності автотрансформатора.

Потужність , яка передається з первинного кола автотрансформатора у вторинне за рахунок електричного зв’язку, визначається як:

,

де  - коефіцієнт трансформації автотрансформатора.

Отже, величина потужності електричного зв’язку зворотно пропорційна коефіцієнту трансформації автотрансформатора.

На рис. 7.14 наведена залежність електричної частини прохідної потужності (а саме відношення ) від коефіцієнта трансформації автотрансформатора.

З рис. 7.14 видно, що використання автотрансформатора дає помітні переваги у порівнянні з двохобмотковим трансформатором лише при невеликих значеннях коефіцієнта трансформації (приблизно до ).

Наприклад, при:

вся потужність автотрансформатора передається у коло вторинної обмотки за рахунок електричного зв’язку, а отже наведені вище переваги автотрансформатора проявляються найбільш суттєво.

Рис. 7.14. Залежність електричної частини прохідної потужності від коефіцієнту трансформації автотрансформатора

При великих значеннях коефіцієнта трансформації переваги автотрансформатора поступаються перед його недоліками, серед яких найсуттєвішими є:

- мала величина опору короткого замикання, що є причиною значних струмів короткого замикання у випадку знижуючого автотрансформатора;

- наявність електричного (кондуктивного) зв’язку між первинним і вторинним колами, що приводить до необхідності запровадження додаткових заходів щодо захисту технічного персоналу й обладнання зі сторони низької напруги від дії високої напруги.