Глава восьмая
ТРАНСФОРМАТОРЫ
8.9. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
Автотрансформатор — однообмоточный трансформатор. От двухобмоточного отличается тем, что вторичная обмотка является частью первичной и, естественно, обмотки имеют не только магнитную, но и гальваническую связь. Автотрансформаторы бывают однофазные и трехфазные. На рис. 8.21 изображена схема однофазного автотрансформатора. В автотрансформаторе электрическая энергия из первичной цепи во вторичную передается и через гальваническую связь, и посредством переменного магнитного потока. Автотрансформатор целесообразно применять при малых коэффициентах трансформации (n ≤ 2). При малых коэффициентах трансформации на изготовление обмотки требуется значительно меньше (по массе) провода, чем на изготовление двухобмоточного трансформатора (при n = 2 примерно в 2 раза). При этом несколько снижается масса магнитопровода. По этой причине автотрансформатор значительно дешевле, меньше весит и имеет больший КПД, чем двухобмоточный. Однако автотрансформатор нельзя применять там, где по условиям техники безопасности или другим причинам недопустима гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками.
 |
| Рис. 8.21. Схема автотрансформатора |
Автотрансформатор часто используется в лабораторной практике, при проведении всякого рода экспериментальных исследований, в качестве регулятора напряжения. Такой автотрансформатор имеет подвижный скользящий контакт а (рис. 8.21), который касается обмотки, для чего последняя лишена изоляции по ходу подвижного скользящего контакта.
Напряжение U2 определяется, как и для обычного двухобмоточного трансформатора, из соотношения
| w1 | = | E1 | ≈ | U1 | . |
| w2 | E2 | U2 |
U2 = U1 w2/w1.
Ток нагрузки
I3 = U2/zн .
Ток I1 определяется из уравнения МДС. Если пренебречь током холостого хода, а это не вносит существенных погрешностей, то
I1(w1 - w2) + I2w2 = 0.
Подставив значение тока I2, равного
I2 = I1 + I3,
получимI1 = - I3 w2/w1, или I1 = I3 w2/w1.
Значение тока I1 можно определить также из закона сохранения энергии. Если пренебречь потерями мощности в трансформаторе, то
| U1I1 = U2I3 = U1 | w2 | I3, откуда |
| w1 |
I1 = I3w2/w1.
 |
Рис. 8.22. Схема включения потребителя с реостатом (а) и с автотрансформатором (б) к примеру 8.3 |
Ток I2 определяется из уравнения (8.17):
| I2 = - I1 | w1 - w2 | = - I3 | w2 | ( | w1 - w2 | ), |
| w2 | w1 | w2 |
| или I2 = I3 | w1 - w2 | , |
| w1 |
Определим значения токов I1,I2 и I3 для автотрансформатора при n = 2:
w2 = w1/2; U2 = U1w2/w1; I3 = U2/zн = U1/2zн ;
| I1 = I3 | w2 | = | U1 | w1/2 | = | U1 | ; | |
| w1 | 2zн | w1 | 4zн |
| I2 = I3 | w1 - w2 | = | U1 | w1 - w1/2 | = | U1 | . | |
| w1 | 2zн | w1 | 4zн |
Расчеты показали, что численно I2 = I1. Следовательно, автотрансформатор при n = 2 имеет обмотку с w1 витками, провод которой должен быть рассчитан на ток I1. Если использовать вместо автотрансформатора двухобмоточный трансформатор, то его первичная обмотка с тем же числом витков w1, что и обмотка автотрансформатора, должна быть рассчитана на ток I1, а вторичная с числом витков w2 = w1/2 должна быть рассчитана на ток I2 = I1w1/w2 = 2I1.
Из этого следует, что для изготовления автотрансформатора потребуется примерно в 2 раза (по массе) меньше провода, чем для изготовления двухобмоточного трансформатора.
Пример 8.3. Для регулирования напряжения приемника переменного тока можно использовать реостат или автотрансформатор (рис. 8.22, а, б). Определить потери мощности в реостате и автотрансформаторе при условии, что U1 = 220 В, Uп = U2 = 100 В, ток потребителя I = 5 А, если принять, что КПД автотрансформатора η = 0,9.
Решение 1. Потери мощности в реостате
ΔPр = U1I - U2I = 220 • 5-100 5 = 600 Вт
2. Потери мощности в автотрансформаторе
| ΔРтр = U2I2/η - U2I2 = | 100 5 | - 100 5 = 55 Вт |
| 0,9 |