Введение

Тип электрического трансформатора

В электротехнике автотрансформатор — это электрический трансформатор с единственной обмоткой. Приставка "авто" (от греческого "само") указывает на то, что одна катушка выполняет функцию в одиночку. В автотрансформаторе части одной и той же обмотки выступают в роли как первичной, так и вторичной обмоток трансформатора. В отличие от обычного трансформатора, в котором имеются отдельные первичная и вторичная обмотки, не связанные электрически проводящим путем между собой, автотрансформатор имеет как минимум три электрических соединения с обмоткой. Поскольку часть обмотки выполняет двойную функцию, автотрансформаторы часто оказываются меньше, легче и дешевле, чем обычные трансформаторы с двумя обмотками, однако они не обеспечивают электрическую изоляцию между первичной и вторичной цепями. К другим преимуществам автотрансформаторов относятся более низкая реактивность рассеяния, меньшие потери, более низкий ток холостого хода и повышенная номинальная мощность (VA) при заданных размерах и массе. Примером применения автотрансформатора является один из типов сетевого преобразователя напряжения, позволяющий использовать устройства на 230 вольт в сетях на 120 вольт и наоборот. Автотрансформатор с несколькими отводами может использоваться для регулирования напряжения в конце длинной распределительной линии с целью компенсации избыточного падения напряжения; при автоматическом управлении это один из примеров регулятора напряжения.

Операция

Автотрансформатор имеет одну обмотку с двумя выводами и одним или несколькими отводами в промежуточных точках. Это трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки имеют часть витков, соединенных вместе. Участок обмотки, общий для первичной и вторичной обмоток, называется общей секцией. Участок обмотки, не являющийся общим для первичной и вторичной обмоток, называется последовательной секцией. Первичное напряжение прикладывается к двум выводам. Вторичное напряжение снимается с двух выводов, один из которых обычно соединен с одним из выводов первичного напряжения. Поскольку напряжение на виток одинаково в обеих обмотках, каждая обмотка создает напряжение, пропорциональное числу ее витков. В автотрансформаторе часть выходного тока протекает непосредственно от входа к выходу (через последовательную секцию), а лишь часть передается индуктивно (через общую секцию), что позволяет использовать меньший, более легкий и дешевый сердечник, а также требует только одной обмотки. Однако соотношение напряжения и тока в автотрансформаторах может быть выражено так же, как и в двухобмоточных трансформаторах:

Поскольку автотрансформатор требует меньше обмоток и меньший сердечник, он, как правило, легче и дешевле, чем двухобмоточный трансформатор для силовых применений, при коэффициенте трансформации до примерно 3:1; за пределами этого диапазона двухобмоточный трансформатор обычно более экономичен.

Стартер автотрансформатора

Автотрансформаторы могут использоваться для мягкого пуска индукционных двигателей. Одним из известных конструкций таких пускателей является пускатель Корндёрфера.

История

Стартер автотрансформатора был изобретен в 1908 году Максом Корндорфером из Берлина. Он подал заявку в патентное ведомство США в мае 1908 года и получил патент US 1,096,922 в мае 1914 года. Макс Корндорфер передал свой патент компании General Electric. Асинхронный двигатель потребляет очень высокий пусковой ток при разгоне до полной номинальной скорости, обычно в 6-10 раз превышающий номинальный ток. Снижение пускового тока необходимо, когда электрическая сеть имеет недостаточную пропускную способность или когда приводимый в движение механизм не может выдержать высокий пусковой момент. Один из основных способов снижения пускового тока – использование автотрансформатора пониженного напряжения с отводами на 50%, 65% и 80% от приложенного сетевого напряжения; после запуска двигателя автотрансформатор выводится из схемы.

Автотрансформаторы с переменным приводом

При частичном открытии витков обмотки и подключении вторичной цепи через скользящую щетку можно получить непрерывно изменяемое передаточное отношение, что обеспечивает очень плавное регулирование выходного напряжения. Выходное напряжение не ограничивается дискретными значениями, соответствующими фактическому числу витков. Напряжение может плавно изменяться между витками, поскольку щетка имеет относительно высокое сопротивление (по сравнению с металлическим контактом), а фактическое выходное напряжение является функцией относительной площади контакта щетки с соседними витками. Относительно высокое сопротивление щетки также предотвращает ее короткое замыкание при контакте с двумя соседними витками. Обычно первичное подключение осуществляется только к части обмотки, что позволяет плавно изменять выходное напряжение от нуля до значения выше входного напряжения, и, следовательно, использовать устройство для тестирования электрического оборудования в пределах его номинального диапазона напряжений. Регулировка выходного напряжения может быть ручной или автоматической. Ручной тип применим только для относительно низких напряжений и известен как автотрансформатор с переменным коэффициентом трансформации (часто упоминаемый под торговой маркой Variac). Они часто используются в ремонтных мастерских для тестирования устройств при различных напряжениях или для имитации ненормального сетевого напряжения. Тип с автоматической регулировкой напряжения может использоваться в качестве автоматического регулятора напряжения для поддержания стабильного напряжения в сети при широком диапазоне сетевых и нагрузочных условий. Другое применение – диммер освещения, который не создает электромагнитных помех, характерных для большинства диммеров на тиристорах.

Торговая марка Variac

С 1934 по 2002 год Variac был зарегистрированной торговой маркой компании General Radio в США для автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации, предназначенного для удобного регулирования выходного напряжения при стабильном входном напряжении переменного тока. В 2004 году компания Instrument Service Equipment подала заявку и получила товарный знак Variac для того же типа продукции. Термин "variac" стал общеупотребительным названием, используемым для обозначения автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации.