Un autotransformateur a un seul enroulement avec deux bornes d’extrémité et une ou plusieurs bornes aux points de prise intermédiaires. C’est un transformateur dans lequel les bobines primaire et secondaire ont une partie de leurs spires en commun. La partie de l’enroulement partagée par le primaire et le secondaire peut être, et est souvent, appelée la « section commune ». La partie de l’enroulement qui n’est pas partagée par le primaire et le secondaire peut être, et est souvent, appelée « section série ». La tension primaire est appliquée sur deux des bornes. La tension secondaire est prise sur deux bornes, dont l’une est généralement en commun avec une borne de tension primaire.
Puisque les volts par tour sont les mêmes dans les deux enroulements, chacun développe une tension proportionnelle à son nombre de tours. Dans un autotransformateur, une partie du courant de sortie circule directement de l’entrée à la sortie (à travers la section série), et une partie seulement est transférée par induction (à travers la section commune), ce qui permet d’utiliser un noyau plus petit, plus léger et moins cher, ainsi que de ne nécessiter qu’un seul enroulement. Cependant, le rapport de tension et de courant des autotransformateurs peut être formulé de la même manière que les autres transformateurs à deux enroulements :
V 1 V 2 = N 1 N 2 = a {\displaystyle {\frac {V_{1}}{V_{2}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}=a}.
(0<V2<V1)
Les ampères-tours fournis par la section série de l’enroulement :
F S = ( N 1 – N 2 ) I 1 = ( 1 – 1 a ) N 1 I 1 {\displaystyle F_{S}=(N_{1}-N_{2})I_{1}=\left(1-{\frac {1}{a}}\right)N_{1}I_{1}}}
Les ampères-tours fournis par la section commune de l’enroulement:
F C = N 2 ( I 2 – I 1 ) = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\displaystyle F_{C}=N_{2}(I_{2}-I_{1})={\frac {N_{1}}{a}}(I_{2}-I_{1})}
Pour une balance ampère-tour, FS = FC:
( 1 – 1 a ) N 1 I 1 = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\displaystyle \left(1-{\frac {1}{a}}\right)N_{1}I_{1}={\frac {N_{1}}{a}}(I_{2}-I_{1})}
Therefore:
I 1 I 2 = 1 a {\displaystyle {\frac {I_{1}}{I_{2}}={{frac {1}{a}}}
Une extrémité de l’enroulement est généralement connectée en commun à la source de tension et à la charge électrique. L’autre extrémité de la source et de la charge sont connectées à des prises le long de l’enroulement. Les différentes prises de l’enroulement correspondent à des tensions différentes, mesurées à partir de l’extrémité commune. Dans un transformateur abaisseur, la source est généralement connectée sur la totalité de l’enroulement, tandis que la charge est connectée par une prise sur une partie seulement de l’enroulement. Dans un transformateur élévateur, à l’inverse, la charge est reliée à l’ensemble de l’enroulement tandis que la source est reliée à une prise sur une partie de l’enroulement. Pour un transformateur élévateur, les indices dans les équations ci-dessus sont inversés où, dans cette situation, N2 et V2 sont supérieurs à N1 et V1, respectivement.
Comme dans un transformateur à deux enroulements, le rapport entre les tensions secondaires et primaires est égal au rapport du nombre de tours de l’enroulement auquel elles se connectent. Par exemple, en connectant la charge entre le milieu de l’enroulement et l’extrémité de la borne commune de l’enroulement de l’autotransformateur, la tension de charge de sortie sera égale à 50% de la tension primaire. Selon l’application, la partie de l’enroulement utilisée uniquement dans la partie à tension plus élevée (courant plus faible) peut être enroulée avec un fil de plus petit calibre, bien que l’ensemble de l’enroulement soit directement connecté.
Si l’une des prises centrales est utilisée pour la masse, alors l’autotransformateur peut être utilisé comme un balun pour convertir une ligne équilibrée (connectée aux deux prises d’extrémité) en une ligne non équilibrée (le côté avec la masse).