Принцип работы автотрансформатора

 

Схема автотрансформатора.

 

Предположим, что источник электрической энергии (сеть переменного тока) подключен к виткам обмотки автотрансформатора, а потребитель — к некоторой части этой обмотки.

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

Следовательно, если во всей обмотке автотрансформатора, имеющей число витков, индуктируется электродвижущая сила, то в части этой обмотки, имеющей число витков, индуктируется электродвижущая сила. Соотношение величин этих ЭДС выглядит так:, где — коэффициент трансформации.

Так как падение напряжения в активном сопротивлении обмотки автотрансформатора относительно мало, то им практически можно пренебречь и считать справедливыми равенства и,

где — напряжение источника электрической энергии, поданное на всю обмотку автотрансформатора, имеющую число витков; — напряжение, подаваемое к потребителю электрической энергии, снимаемое с той части обмотки автотрансформатора, которая обладает количеством витков.

Напряжение, приложенное со стороны источника электрической энергии ко всем виткам обмотки автотрансформатора, во столько раз больше напряжения, снимаемого с части обмотки, обладающей числом витков, во сколько раз число витков больше числа витков.

 

Если к автотрансформатору подключен потребитель электрической энергии, то под влиянием напряжения в нём возникает электрический ток, действующее значение которого обозначим как.

 

Соответственно в первичной цепи автотрансформатора будет ток, действующее значение которого обозначим как.

 

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

 

Сами токи и, как и в обычном трансформаторе, связаны соотношением

или.

 

Так как в понижающем трансформаторе, то и результирующий ток в нижней обмотке автотрансформатора равен.

 

Следовательно, в той части обмотки автотрансформатора, с которой подаётся напряжение на потребитель, ток значительно меньше тока в потребителе, то есть.

 

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, а на потребитель подводится напряжение со всех его витков.