АВТОТРАНСФОРМАТОР

Автотрансформатором называют такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения электрически (гальванически) связана с обмоткой высшего напряжения.

Принципиальная схема. В схеме понижающего автотранс­форматора (рис. 2.40, а) первичное напряжение подводится к зажимам А и X, вторичной обмоткой служит часть первичной обмотки между зажимами а и х, причем зажимы X и х совмещены. Так как в каждом витке обмотки индуцируется одинаковая ЭДС E =4,44 f Ф _т, то при холостом ходе напряжение на зажимах ах

где w_ax и w_AX числа витков, включенных соответственно между зажимами а и х, А и Х; k — коэффициент трансформации.

Габаритные размеры, масса, потери мощности. В авто­трансформаторе различают проходную мощность S_np, пере­даваемую из первичной цепи во вторичную и далее нагрузке, и расчетную или типовую мощность S _расч, передаваемую во вторичную цепь электромагнитным полем. Мощность S _расчопределяет габаритные размеры и массу автотранс­форматора. Если пренебречь потерями, то проходная мощность S_np = E₁I_l = E₂I₂, а расчетная S_paсч = E₂I_ax, где 1_ах — результирующий ток на участке ах обмотки, к которому подключена нагрузка.

На участке ах через обмотку проходит ток, равный векторной сумме токов вторичной и первичной цепей . Как следует из векторной диаграммы (см. рис.3-11), токи и сдвинуты по фазе приблизительно

на угол 180°. Поэтому, пренебрегая током холостого хода и переходя к модулям токов и , получаем

(3-40)

Следовательно, проходная мощность

(3-41)

При этом S _эм = E ₂ I_ax = S _расч— мощность, передаваемая во вторичную цепь электромагнитным полем и являющаяся расчетной мощностью автотранс-форматора; S _эл = E ₂ I ₁— мощность, передаваемая в эту цепь вследствие электрической (гальванической) связи между первичной и вторичной цепями.

При указанных выше условиях и принимая I _l =I' ₁ = I ₁ /k, из (3-40) получаем

(3-42)

Откуда расчетная мощность автотрансформатора

(3-43)

Отношение

(3-44)

называют коэффициентом выгодности. Данный коэффициент показывает насколько выгодно использовать трансформатор с коэффициентом трансформации k.

Мощность, передаваемая во вторичную цепь электри­ческим путем,

(3-45)

В двухобмоточном трансформаторе S _эл= 0и S _расч = S _np.

Таким образом, расчетная мощность автотрансформатора меньше, чем мощность двухобмоточного трансформатора при той же проходной мощности, передаваемой из первичной цепи во вторичную, что позволяет выполнить автотрансфор­матор с меньшей массой и меньшими габаритными разме­рами.

На рис. 3-11, б показаны зависимости мощностей S _эми S _эл в долях от проходной мощности S _пpот коэффициента трансформации k. Чем ближе значение коэффициента транс­формации k к единице, тем меньше расчетная мощность автотрансформатора и тем выгоднее его применять с точки зрения уменьшения массы, габаритных размеров и потерь мощности. Например, при k =1,1 расчетная мощность авто­трансформатора уменьшается в 10 раз, а при k= 10 получается почти такой же, как у двухобмоточного трансформатора.

Электрические потери в обмотках автотрансформатора по той же причине могут быть существенно меньшими, чем в обмотках двухобмоточного трансформатора. При номинальном режиме в двухобмоточном трансформаторе электрические потери

В автотрансформаторе суммарные потери на участках Aа и ах

или

В автотрансформаторе I_Аа = I ₁поэтому сечения проводов в первичной обмотке двухобмоточного трансформатора и на участке Аа автотрансформатора одинаковы, а сопротивление R_Aa<R ₁:

(3-46)

На участке ах автотрансформатора проходит ток I_ах = I ₂ (1 —1/ k), поэтому сечение провода на этом участке можно выбрать меньшим, чем во вторичной обмотке двухобмоточного трансформатора, и пропорциональным отношению токов, проходящих по участку ах и вторичной обмотке:

(3-47)

Таким образом, из формул (3-46) и (3-47) следует, что

(3-48)

Следовательно, отношение электрических потерь в автотрансформаторе и двухобмоточном трансформаторе

(3-49)

Формула (3-49) показывает, что потери мощности в автотрансформаторе меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе.

Активные и индуктивные (обусловленные потоками рас­сеяния) сопротивления автотрансформатора также меньше, чем соответствующие сопротивления двухобмоточного транс­форматора:

(3-50)

Поэтому ток короткого замыкания у автотрансформа­тора, подключенного к сети со стороны обмотки ВН, больше, чем у двухобмоточного трансформатора.

Области применения. В технике применяют автотрансфор­маторы одно- и трехфазные при необходимости сравнительно небольшого изменения напряжения (при ). При больших к выгодность от их применения уменьшается. Силовые автотрансформаторы служат для снижения напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных электродвигателей. Автотрансформаторы малой мощности широко используют в устройствах связи и автоматики, радиоаппаратуре и лабораторных стендах. В последнее время автотрансформаторы большой мощности применяют для соединения высоковольтных сетей различных напряжений (ПО, 154, 220, 330, 500, 750 кВ).

Существенным недостатком автотрансформаторов явля­ется то, что вторичная цепь у них электрически соединена с первичной. Поэтому обмотка НН и подключенные к ней потребители должны иметь ту же изоляцию относительно земли, что и обмотка ВН и первичная цепь. Поэтому для обеспечения электробезопасности не допускается применять автотрансформаторы для питания цепей низкого напряжения от сети высокого напряжения.

Автотрансформаторы большой мощности редко приме­няют при k>2 во избежание возникновения опасных пере­напряжений во вторичной цепи при появлении атмосферных и коммутационных перенапряжений в первичной цепи (в линиях электропередачи).

Поиск по сайту: