Рисунок 2. Схемы автотрансформаторных режимов работы АТ
Возможна передача номинальной мощности 
из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих режимах в общей обмотке проходит разность токов
а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
Трансформаторные режимы (рисунок 2 в, г).
Возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причём обмотку НН можно загрузить не более чем на 
Условие допустимости режима НН→ ВН или НН → СН:
= 
. (4)
Если происходит трансформация 
из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена.
В трансформаторном режиме передачи мощности из обмотки НН в ВН (рисунок 2 г), общая и последовательная обмотки загружены не полностью:
,(5)
поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность.
Комбинированные режимы
Рисунок 2. Схемы трансформаторных и комбинированных режимов работы автотрансформаторов.
Передача мощности осуществляется автотрансформаторным путём ВН → СН и трансформаторным путём НН → СН (рисунок 2 д). Ток в последовательной обмотке:
,(6)
где: 
- активная и реактивная мощности передаваемые из ВН в СН.
Нагрузка последовательной обмотки:
. (7)
Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности 
последовательная обмотка не будет перегружена. В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторных режимов направлены одинаково:
.
Нагрузка общей обмотки:
Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем:
,(8)
где: 
активная и реактивная мощности передаваемые из обмотки НН в обмотку СН.
Т.о. комбинированный режим НН-СН, ВН-СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии:
.(9)
Если значения cos 
на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и (8) упрощается:
.(10)
В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рисунке2е. В общей обмотке ток АТ режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки:
,(11)
где: 
активная и реактивная мощности на стороне СН,
Рнв, Qнв 
- на стороне НН.
Комбинированный режим НН-ВН, СН-ВН допустим, если
.(12)
Если значения cos на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга то (11) упрощается
.(13)
Возможны и другие комбинированные режимы передачи мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН. В этом случае направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рис. 2 д, е; но приведенные рассуждения и формулы (8)-(13) останутся неизменными. Во всех случаях надо контролировать загрузку АТ, устанавливая трансформаторы тока (и амперметры) во всех обмотках. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных АТ. Выводы, сделанные для однофазного трансформатора справедливы и для трёхфазного трансформатора, схема которого представлена на рисунке 3. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН в треугольник. К особенностям конструкции АТ следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали общей для обмотки ВН и СН.
Рисунок 3 Схема трехфазного автотрансформатора
Объясняется это следующим:
Если в системе с эффективно заземленной нейтралью включить понижающий АТ с незаземлённой нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение 
вместо 
, напряжение выводов обмотки СН возрастёт примерно до 
, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповреждённых фаз. Аналогично будет при подключении повышающего АТ.
Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех АТ глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН и СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.
Преимущества АТ по сравнению с трансформатором той же мощности.
Меньший расход меди, стали, изоляционных материалов.
Меньшая масса, меньшие габариты, что позволяет создавать АТ больших номинальных мощностей, чем трансформаторов.
Меньшие потери и большие КПД.
Более легкие условия охлаждения
Недостатки АТ.
Необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ.
Сложность регулирования напряжения.
Опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.
