1.10. Автотрансформаторы

Автотрансформатором называется трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения. Электрическая схема автотрансформатора изображена на рис. 1.7. Автотрансформатор может использоваться для повышения и понижения напряжения.

К первичной обмотке, имеющей w₁ витков, подводится напряжение U₁. Напряжение U₂ берется от части витков w₂ первичной обмотки. Обмотка автотрансформатора, так же как и у обычного трансформатора, расположена на стальном замкнутом магнитопроводе.

Основные выражения, выведенные для трансформаторов, справедливы и для автотрансформатора.

При нагрузке можно приближенно считать, что отношение токов

.

Так как первичный и вторичный токи сдвинуты по фазе почти на 180^е, то по общей части обмотки (нижняя часть обмотки на схеме) будет протекать разность токов:

.

Это позволяет выполнить общую часть обмотки меньшего сечения, чем сечение вторичной обмотки обычного трансформатора. Выгода получается тем больше, чем ближе коэффициент трансформации к единице.

Верхняя часть обмотки, по которой протекает первичный ток, содержит число витков

.

По сравнению с первичной обмоткой обычного трансформатора и здесь расход обмоточной меди получается меньше в раз.

Уменьшение объема обмоток определяет также и уменьшение массы стали. Кроме этого, автотрансформаторы имеют меньшие потери по сравнению с трансформаторами.

Экономия обмоточной меди и стали, а также увеличение КПД являются преимуществами автотрансформаторов. Вместе с тем применение автотрансформаторов недопустимо при больших коэффициентах трансформации, так как цепь высокого напряжения электрически связана с цепью низкого напряжения. Это может вызвать появление в цепи низкого напряжения высоких потенциалов (напряжений относительно земли), которые могут привести к несчастным случаям. Кроме этого, при больших коэффициентах трансформации выгода от использования автотрансформатора становится ничтожной, и применять его нецелесообразно.

Трехфазные автотрансформаторы выполняются подобно трехфазным трансформаторам. Трехфазные автотрансформаторы могут состоять также из трех однофазных.

1.11. Измерительные трансформаторы напряжения и тока. Схемы включения

Измерительные трансформаторы напряжения используются для включения вольтметров, частотомеров, обмоток напряжения ваттметров и счетчиков.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения амперметров, реле, токовых обмоток ваттметров и счетчиков.

На рис. 1.8 показана схема включения измерительных приборов через измерительные трансформаторы в однофазную сеть.

Для безопасности прикосновения к приборам один зажим вторичных обмоток трансформаторов заземляют. Измеряемое напряжениеU₁ по показанию вольтметра будет U₁ = К_UU₂, а измеряемый ток I₁ — по показаниям амперметра: I₁ = К₁I₂, где К_U и К₁ — коэффициенты трансформации трансформаторов напряжения и тока соответственно.

Вторичные обмотки имеют стандартные значения U₂ и I₂; 100 В для трансформаторов напряжения и 5 и 1 А для трансформаторов тока. Поэтому диапазон измерения может быть расширен путем регулирования коэффициентов трансформации, т. е. соотношения числа витков.

Измерительный трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу, а трансформатор тока в режиме короткого замыкания.

Соответственно – короткое замыкание для трансформатора напряжения и холостой ход для трансформатора тока являются аварийными режимами для них.