Автотрансформатором называется трансформатор, у которого вторичная обмотка является частью первичной обмотки. То есть обмотки связаны гальванически.

В понижающем автотрансформаторе первичное напряжение подводится к зажимам «А» и «Х», вторичной обмоткой служит часть первичной обмотки между зажимами «а» и «х», точки «х» и «Х» соединены гальванически.

Характер преобразования напряжения (понижение или повышение) в автотрансформаторе зависит от схемы соединения обмоток рис.4.1.

В каждом витке обмотки индуцируется одинаковая ЭДС, поэтому в режиме холостого хода напряжение на выходе автотрансформатора:

U₂=U₁^.w_ax/w_AX= U₁/k ,

где w_ax, w_АХ – число витков вторичной и первичной обмоток;

k –коэффициент трансформации.

Рис.4.1 Схемы соединения обмоток

Существенное значение имеют особенности способа передачи электрической энергии в автотрансформаторе. Если в трансформаторе энергия с первичной стороны на вторичную передается электромагнитным путем, то в автотрансформаторе лишь ее часть. Другая часть электрической энергии передается непосредственно из-за наличия гальванической связи между первичной и вторичной обмоток.

В связи с этим различают полную мощность автотрансформатора, которую называют проходной, и полную электромагнитную мощность, которая передается электромагнитным способом.

S₁=U₁I₁,  S_эм=EI.

Размеры сердечника и обмоток автотрансформатора определяются величиной электромагнитной мощности. Отношение полной электромагнитной мощности к проходной мощности зависит от коэффициента трансформации

S_эм/S=1-1/k/

Отсюда видно, что автотрансформатор тем выгоднее по сравнению с обычным трансформатором, чем ближе его коэффициент трансформации к единице. Следовательно, потери энергии в автотрансформаторе меньше, а КПД выше.

Недостатком автотрансформатора является то, что вторичная обмотка гальванически связана с первичной. Поэтому обмотка низкого напряжения должна иметь такую же изоляцию, что и обмотка высокого напряжения. Поэтому автотрансформаторы с коэффициентом трансформации больше трех не применяются.

Опыт холостого хода автотрансформатора (рис.4.2) проводится с целью определения пределов регулирования напряжения, нахождения коэффициента трансформации на каждой ступени регулирования и параметров схемы замещения. Необходимо выставить пределы измерения приборов, исходя из номинальных параметров автотрансформатора, и определить положение ключа. Ручку настройки установить в крайнее левое положение, включить автотрансформатор. На первичную обмотку подается номинальное напряжение U₁ и, вращая ручку настройки надо определить ступени регулирования по напряжению. Результаты измерения занести в табл.4.1.

Таблица 4.1

Рис.4.2. Схема опыта холостого хода

Рассчитывается коэффициент мощности в режиме ХХ:

cosφ₀=P₀/U₁I₀.

Коэффициент трансформации:

K=U_1/U₂₀.

Рассчитать параметры схемы замещения и результаты занести в табл.4.2.

Таблица 4.2

Опыт короткого замыкания (рис.4.3) проводится с целью определения параметров схемы замещения автотрансформатора. Перед включением стенда нужно установить ручку в крайнее левое положение. На первичную обмотку подают такое напряжение U_к, чтобы по обмоткам протекали токи короткого замыкания, не превышающие номинальные. Показания приборов занести в табл.4.3.

Таблица 4.3

Рис.4.3. Схема опыта короткого замыкания

Затем рассчитываются параметры схемы замещения.

Коэффициент мощности:

сosφ_к=P_к/U_1кI_к.

Активная и реактивная составляющае напряжения короткого замыкания на каждой ступени:

U_ка=U_к сosφ_к, U_kр=U_к sinφ_к, U_k²= U_ка²+ U_kр².

Рассчитать внешнюю характеристику автотрансформатора на всех ступенях регулирования при сosφ₂=1 и β= 0,5; 0,75; 1.0.

Результаты расчетов свести в табл. 4.4 и построить внешние характеристики.

Таблица 4.4

Контрольные вопросы

1. Принцип действия автотрансформатора.

2. Каковы особенности конструкции автотрансформатора по сравнению с трансформатором?

3. Преимущества автотрансформатора по сравнению с трансформатором?

4. Недостатки автотрансформатора по сравнению с трансформатором?

5. Как определить электромагнитную мощность автотрансформатора?

6. Чему равно напряжение короткого замыкания автотрансформатора по сравнению с трансформатором?

7. Почему при одинаковой мощности КПД автотрансформатора выше чем у трансформатора?

Лабораторная работа № 5