В отличие от трансформаторов, у которых первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны между собой и между ними имеется только электромагнитная связь, обмотки автотрансформаторов кроме электромагнитной связи соединены проводниками гальванически.
Схема соединения обмоток и работа однофазного автотрансформатора
Принципиальная схема соединения обмоток однофазного понижающего автотрансформатора, включенного на нагрузку Ry показана на рис. Его режим работы на холостом ходу не отличается от режима работы трансформатора. Подведенное к первичной обмотке напряжение иг равномерно распределяется между витками обмотки Ах, по которой проходит ток холостого хода; вторичное напряжение U2 пропорционально числу витков обмотки ах и равно разности потенциалов между этими точками.
Ток во вторичной цепи при нагрузке состоит из двух слагаемых: тока 1\ первичной стороны, проходящего по обмотке Аа, минуя обмотку ах, и тока 1ах, проходящего по общей части обмотки ах, равного разности токов.
Мощность S2 вторичной цепи на стороне нагрузки также состоит из двух слагаемых: электрической мощности 5Э, передаваемой непосредственно из первичной сети во вторичную через обмотку Аа, и электромагнитной мощности 5ЭМ, передаваемой во вторичную цепь трансформаторным преобразованием, таким образом 52 = 5э + 5эМ.
Вторичную обмотку автотрансформатора рассчитывают на разность токов h—h, витки первичной обмотки — на разность напряжений UЛ—U2. Этим и обусловливается экономическая целесообразность применения автотрансформаторов.
В автотрансформаторе различают проходную мощность 5= = UiIl и типовую (расчетную) ST^U2-(l2—Л). Применение автотрансформаторных схем определяется коэффициентом выгодности а:а=(1 — l/k), где k — коэффициент трансформации автотрансформатора.
Выражая типовую мощность через а и S, имеем ST=aS= = (l—l/k)S.
Таблица 3. Стандартные схемы и группы соединения трехфазных двухобмоточных автотрансформаторов
Отсюда следует что типовая мощность автотрансформатора в а раз меньше проходной и наиболее выгодные значения а принимает, когда коэффициент трансформации близок к единице. Например, для передачи мощности 120 MB-А из сети 220 кВ в сеть 110 кВ достаточно, чтобы типовая мощность автотрансформатора была 60 MB-А. Если для этой цели применить трансформатор, его необходимо рассчитать на мощность 120 MB-А.
Соответственно автотрансформатор в отличие от трансформатора имеет меньшие массу, размеры и расход активных материалов (электротехнической стали, обмоточных проводов), потери электрической энергии в обмотках и магнитной системе, а следовательно, больший кпд. Однако применение автотрансформаторов ограничено, так как использование их экономически оправдано только при коэффициенте трансформации, равном 2—3, при большем — их мощность приближается к типовой мощности трансформаторов; индуктивное сопротивление обмоток, соединенных по автотрансформаторной схеме (особенно при большом коэффициенте трансформации), значительно меньше сопротивления обмоток трансформатора той же мощности, поэтому при коротком замыкании в сети напряжение на стороне НН возрастает до напряжения стороны ВН и через обмотки автотрансформатора будет проходить недопустимо большой ток короткого замыкания, и поэтому для защиты автотрансформатора от разрушения
приходится применять специальные устройства, ограничивающие этот ток до допустимых пределов. Кроме того, связь через автотрансформатор сетей НН и ВН вызывает опасность для обслуживающего персонала и оборудования электроустановок, так как между проводниками сети НН и землей постоянно действует напряжение стороны ВН. При отключении сети со стороны ВН на стороне обмоток НН будет действовать высокое напряжение.
Таблица 4. Стандартные схемы и группы соединения обмоток трехфазных трехобмоточных автотрансформаторов
Автотрансформаторы так же как и трансформаторы могут быть одно- и трехфазными, двух- и трехобмоточными. Стандартные схемы и группы соединения обмоток для трехфазных двух- и трехобмоточных автотрансформаторов приведены в табл. 3 и 4.
