WikiSort.ru - Не сортированное

А́втотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные электрические напряжения^[1].

Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Распространены аббревиатуры:

ЛАТР — Лабораторный АвтоТрансформатор Регулируемый.

РНО — Регулятор Напряжения Однофазный.

РНТ — Регулятор Напряжения Трёхфазный.

Принцип работы автотрансформатора

Предположим, что источник электрической энергии (сеть переменного тока) подключен к виткам ${\displaystyle \omega _{1}}$ обмотки автотрансформатора, а потребитель — к некоторой части этой обмотки ${\displaystyle \omega _{2}}$ .

При прохождении переменного тока по обмотке автотрансформатора возникает переменный магнитный поток, индуцирующий в этой обмотке электродвижущую силу, величина которой прямо пропорциональна числу витков обмотки.

Следовательно, если во всей обмотке автотрансформатора, имеющей число витков ${\displaystyle \omega _{1}}$ , индуцируется электродвижущая сила ${\displaystyle E_{1}}$ , то в части этой обмотки, имеющей число витков ${\displaystyle \omega _{2}}$ , индуцируется электродвижущая сила ${\displaystyle E_{2}}$ . Соотношение величин этих ЭДС выглядит так: ${\displaystyle {{E_{1}} \over {E_{2}}}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}=k}$ , где ${\displaystyle k}$  — коэффициент трансформации.

Так как падение напряжения в активном сопротивлении обмотки автотрансформатора относительно мало, то им практически можно пренебречь и считать справедливыми равенства ${\displaystyle U_{1}=E_{1}}$ и ${\displaystyle U_{2}=E_{2}}$ ,

где ${\displaystyle U_{1}}$  — напряжение источника электрической энергии, поданное на всю обмотку автотрансформатора, имеющую число витков ${\displaystyle \omega _{1}}$ ;

${\displaystyle U_{2}}$  — напряжение, подаваемое к потребителю электрической энергии, снимаемое с той части обмотки автотрансформатора, которая обладает количеством витков ${\displaystyle \omega _{2}}$ .

Следовательно, ${\displaystyle {{U_{1}} \over {U_{2}}}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}=k}$ .

Напряжение ${\displaystyle U_{1}}$ , приложенное со стороны источника электрической энергии ко всем виткам ${\displaystyle \omega _{1}}$ обмотки автотрансформатора, во столько раз больше напряжения ${\displaystyle U_{2}}$ , снимаемого с части обмотки, обладающей числом витков ${\displaystyle \omega _{2}}$ , во сколько раз число витков ${\displaystyle \omega _{1}}$ больше числа витков ${\displaystyle \omega _{2}}$ .

Если к автотрансформатору подключен потребитель электрической энергии, то под влиянием напряжения ${\displaystyle U_{2}}$ в нём возникает электрический ток, действующее значение которого обозначим как ${\displaystyle I_{2}}$ .

Соответственно в первичной цепи автотрансформатора будет ток, действующее значение которого обозначим как ${\displaystyle I_{1}}$ .

Однако ток в верхней части обмотки автотрансформатора, имеющей число витков ${\displaystyle ({\omega _{1}}-{\omega _{2}})}$ будет отличаться от тока в нижней её части, имеющей количество витков ${\displaystyle \omega _{2}}$ . Это объясняется тем, что в верхней части обмотки протекает только ток ${\displaystyle I_{1}}$ , а в нижней части — некоторый результирующий ток, представляющий собой разность токов ${\displaystyle I_{1}}$ и ${\displaystyle I_{2}}$ . Дело в том, что согласно правилу Ленца индуцированное электрическое поле в обмотке автотрансформатора ${\displaystyle \omega _{2}}$ направлено навстречу электрическому полю, созданному в ней источником электрической энергии. Поэтому токи ${\displaystyle I_{1}}$ и ${\displaystyle I_{2}}$ в нижней части обмотки автотрансформатора направлены навстречу друг другу, то есть находятся в противофазе.

Сами токи ${\displaystyle I_{1}}$ и ${\displaystyle I_{2}}$ , как и в обычном трансформаторе, связаны соотношением ${\displaystyle {{I_{1}} \over {I_{2}}}={{\omega _{2}} \over {\omega _{1}}}={1 \over k}}$

или ${\displaystyle I_{2}={{\omega _{1}} \over {\omega _{2}}}\times I_{1}}$ .

Так как в понижающем трансформаторе ${\displaystyle {\omega _{1}}>{\omega _{2}}}$ , то ${\displaystyle {I_{2}}>{I_{1}}}$ и результирующий ток в нижней обмотке автотрансформатора равен ${\displaystyle {I_{2}}-{I_{1}}}$ .

Следовательно, в той части обмотки автотрансформатора, с которой подаётся напряжение на потребитель, ток значительно меньше тока в потребителе, то есть ${\displaystyle {I_{2}}-{I_{1}}\ll {I_{2}}}$ .

Это позволяет значительно снизить расход энергии в обмотке автотрансформатора на нагрев её проволоки (См. Закон Джоуля — Ленца) и применить провод меньшего сечения, то есть снизить расход цветного металла, уменьшить вес и габариты автотрансформатора.

Если автотрансформатор повышающий, то напряжение со стороны источника электрической энергии подводится к части витков обмотки трансформатора ${\displaystyle \omega _{1}}$ , а на потребитель подводится напряжение со всех его витков ${\displaystyle \omega _{2}}$ .

Применение автотрансформаторов

Автотрансформатор для питания телевизоров, СССР, 1960-е — 1970-е гг. Напряжение плавно регулировалось перемещением «ползунка» на верхней панели, контроль по показаниям вольтметра.

Автотрансформатор с регулированием напряжения. Защитный кожух снят. Сзади видна снятая верхняя панель со шкалой, деления показывают, какое напряжение будет подаваться потребителю.

Автотрансформаторы применяются в телефонных аппаратах, радиотехнических устройствах, для питания выпрямителей и т. д. Достаточно широкое применение автотрансформаторы получили в СССР: для ручной стабилизации питающего напряжения ламповый телевизор подключался к сети через ЛАТР и перед включением самого телевизора производилась ручная регулировка напряжения до номинального значения. Причиной этому было то, что в электросетях зачастую регулярно наблюдалось пониженное напряжение, которое могло повредить дорогостоящий телевизионный приёмник. В дальнейшем для этой задачи более эффективно применялись автоматические феррорезонансные стабилизаторы.

Примечания

Литература

• Большая советская энциклопедия : [в 51 т.] / гл. ред. С. И. Вавилов. — 2-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1949—1958.

Ссылки

• В чём разница систем электрификации железных дорог на переменном токе: 25 кВ, 50 Гц и 2×25 кВ, 50 Гц?
• Автотрансформатор: устройство, принцип действия, схема, типы

См. также

• Делитель напряжения