1.10Специальные типы трансформаторов

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы – это такие трансформаторы, в которых первичная и вторичная обмотки имеют не только электромагнитную связь, но и электрическую. И если в трансформаторах передача энергии осуществляется только за счёт магнитного поля, то в автотрансформаторах – ещё и за счёт электрической связи. В автотрансформаторах первичная обмотка включена в сеть параллельно, а вторичная – последовательно, при этом устройство обмоток и их расположения на стержнях такое же, как и в обычных трансформаторах. Автотрансформатор может служить как для повышения, так и для понижения напряжения. Электрические схемы повышающего трансформатора представлены на рис. 2.72.

Рис. 2.72. Электрические схемы повышающего

Трансформатора

В любом случае,

. (2.151)

Пренебрежём потерями, падениями напряжения в обмотках и намагничивающим током. Тогда ЭДС, ток и напряжения связаны так:

. (2.152)

С другой стороны, коэффициент трансформации напряжений и токов первичной и вторичной сетей автотрансформатора:

(2.153)

В автотрансформаторах не вся мощность передаётся посредством магнитного поля, часть мощности передаётся электрическим путём, следовательно, в автотрансформаторах различают мощности:

1. Проходная (внешняя) мощность, передаваемая из одной сети в другую:

. (2.154)

2. Расчётная (внутренняя) мощность, передаваемая посредством магнитного поля из первичной обмотки во вторичную:

(2.155)

Проходная мощность больше расчётной , т.к. часть мощности передаётся электрическим путём. Расход материалов, габариты и стоимость автотрансформатора определяется расчётной мощностью, и поэтому в принципе применение автотрансформаторов выгоднее, чем применение обычных двухобмоточных трансформаторов, у которых .

В автотрансформаторах:

. (2.156)

Отсюда следует, что применение автотрансформаторов тем выгоднее, чем ближе к единице. Обычно . Если обозначить расход (вес) активных материалов автотрансформатора как G_АТ, а обычного двухобмоточного трансформатора как G_ТР, то

. (2.157)

Допустим, , тогда , т.е. расход активных материалов автотрансформатора меньше в 2 раза, чем обычного двухобмоточного трансформатора. Но напряжения короткого замыкания связаны аналогичным соотношением:

. (2.158)

Отсюда, напряжение короткого замыкания автотрансформатора меньше, чем обычного двухобмоточного трансформатора. Это недостаток автотрансформатора, т.к. ток короткого замыкания больше, чем обычного двухобмоточного трансформатора. Вместе с тем, электрические потери в автотрансформаторе меньше, т.к.

(2.159)

А, следовательно, КПД автотрансформатора больше, чем обычного двухобмоточного трансформатора.

Таким образом, применение автотрансформаторов в принципе выгоднее, чем обычных трансформаторов, т.к. у них меньше вес, габариты, потери, выше КПД, чем у обычных двухобмоточных трансформаторов, но необходимо изоляцию каждой обмотки относительно корпуса рассчитывать на напряжение сети высокого напряжения, и изоляцию потребителей необходимо рассчитать на высокое напряжение.