8.13. Однофазные и трехфазные автотрансформаторы

В ряде случаев при передаче электроэнергии требуется соеди­нить через трансформатор электрические цепи, отношение номиналь­ных напряжений которых не превышает 2, например цепи высокого напряжения 110 и 220 кВ. В подобных случаях экономически

целе­сообразно вместо трансфор­матора применить авто­трансформатор, так как его КПД выше, а размеры мень­ше, чем у трансформато­ра той же номинальной мощности.

Автотрансформатор отличается от трансформа­тора тем, что имеет лишь одну обмотку — обмотку высшего напряжения, а обмоткой низшего напряжения служит часть обмотки высшего напряжения. Обмотка высшего напряжения автотрансформатора может быть первичной (рис. 8.25, а) или вторичной (рис. 8.25, б) обмоткой аппарата.

При заданном первичном напряжении автотрансформатора и числе витков w₁ амплитуду магнитного потока Ф_т в магнитопроводе можно считать вполне определенной, так как по (8.3а) и (7.3в)

U₁4.44fw₁Ф_т

(равенство получается для идеализированного трансформатора). Этот магнитный поток индуктирует в каждом витке обмотки ЭДС, прак­тически не зависящую от тока в обмотке. Следовательно, постоян­ными поддерживаются и напряжения между отдельными частями обмотки.

Напряжения и токи автотрансформатора связаны теми же при­ближенными соотношениями, что и в трансформаторе [см. (8.12) и (8.19)]:

Ток в общей части обмотки равен разности первичного Д и вто­ричного I₂ токов (рис. 8.25). Фазы этих токов, так же как у транс­форматора (рис. 8.11), почти одинаковые; поэтому, пренебрегая влия­нием намагничивающего тока I_1х, можно считать, что в общей части обмотки действующее значение тока равно разности /I₁ — I₂|.

Если коэффициент трансформации n₁₂ = w₁w₂ лишь немного отличается от единицы, то действующие значения токов I₂ и I₁ почти одинаковые и их разность |I₂—I₁| мала по сравнению с каждым из них. Поэтому общую часть первичной и вторичной обмоток можно сделать из значительно более тонкого провода, т. е. стоимость обмотки авто­трансформатора меньше, чем обмоток трансформатора, для ее разме­щения требуется меньше места.

Размеры трансформатора зависят от его расчетной полной мощ­ности

S_T=U₁I₁U₂I₂,

т. е. номинальной полной мощности в сопротивлении нагрузки транс­форматора, а у автотрансформатора его расчетная полная мощность S_ат меньше полной мощности в сопротивлении нагрузки.

Расчетная полная мощность общей части обмотки автотрансфор­матора (рис. 8.25, а)

S'U₂(I₂-I₁)U₂I₂(l-w₂/w₁);

расчетная полная мощность остальной части обмотки

S'(U₁-U₂)I₁ = U_lI₁(1-w₂/w₁),

а так как приближенно U₂I₂ U₁I₁, то S'S" S_aт.

Расчетная полная мощность каждой из обмоток обычного транс­форматора

S_T =U₁I₁U₂I₂.

Следовательно, при одной и той же полной мощности в сопротив­лении нагрузки получается следующее соотношение между расчет­ными полными мощностями автотрансформатора и трансформатора:

S_aт /S_T =1 —-w₂/w₁,

т. е. чем меньше различаются числа витков w₂ и w₁ тем выгоднее применение автотрансформатора.

Рис.8.26.

Итак, преимущества автотрансформатора уменьшаются с увеличением коэффициента трансформа­ции. Кроме того, только при высшем и низшем напряжениях одного порядка электрическое соеди­нение цепей высшего и низшего напряжений не встречает препятствий. Но автотрансформатор нель­зя применить, например, для питания распреде­лительной сети 220 В от сети высокого напряжения 6000 В. При таком автотрансформаторе не только пришлось бы рассчитать изоляцию распределительной сети на 6000 В, что чрезвычайно увеличило бы ее стоимость, но пользо­ваться такой распределительной сетью было бы опасно для жизни.

Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяются по схеме звезда с выведенной нейтральной точкой или без нее (рис. 8.26).

Изменением положения точки а на обмотке автотрансформатора (рис. 8.25) можно плавно регулировать вторичное напряжение, на­пример в лабораторных автотрансформаторах (ЛАТР), у которых одним из выводов вторичной цепи служит подвижный контакт.