Autotransformator: Hvad er det? (Definition, teori og diagram)

Hvad er en autotransformer?

En autotransformer (eller autotransformer) er en type af elektrisk transformer med kun én vikling. Præfikset “auto” henviser til, at den enkelte spole virker alene (græsk for “selv”) – ikke til en automatisk mekanisme. En autotransformer ligner en transformer med to viklinger, men varierer i den måde, hvorpå transformatorens primære og sekundære vikling er indbyrdes forbundet.

Autotransformer Teori

I en autotransformer anvendes en enkelt vikling som primær vikling såvel som sekundær vikling. Men i en transformer med to viklinger anvendes to forskellige viklinger til primær og sekundær anvendelse. Et kredsløbsdiagram for autotransformator er vist nedenfor.

Vindingen AB med de samlede vindinger N1 betragtes som primærvinding. Denne vikling aftages fra punkt ′C′, og delen BC betragtes som sekundær vikling. Lad os antage, at antallet af vindinger mellem punkterne ′B′ og ′C′ er N2.

Hvis der påføres V1 spænding på tværs af viklingen, dvs. mellem ′A′ og ′C′.

Dermed vil spændingen over del BC af viklingen være,

Da del BC af viklingen betragtes som sekundær, kan det let forstås, at værdien af konstant ′k′ ikke er andet end viklingsforholdet eller spændingsforholdet for denne autotransformator. Når belastningen er tilsluttet mellem de sekundære klemmer, dvs. mellem ′B′ og ′C′, begynder belastningsstrømmen I2 at løbe. Strømmen i den sekundære vikling eller den fælles vikling er forskellen mellem I2 og I1.

Kobberbesparelser i autotransformer

Nu vil vi diskutere besparelserne på kobber i autotransformeren sammenlignet med konventionelle toviklingstransformere.
Vi ved, at kobbervægten af en vikling afhænger af dens længde og tværsnitsareal. Igen er lederens længde i en vikling proportional med antallet af vindinger, og tværsnitsarealet varierer med den nominelle strøm.
Så kobbervægten i en vikling er direkte proportional med produktet af antallet af vindinger og viklingens nominelle strøm.

Dermed er kobbervægten i sektionen AC proportional med,

og tilsvarende er kobbervægten i sektionen BC proportional med,

Dermed er den samlede vægt af kobber i viklingen i autotransformatoren proportional med,

,

På tilsvarende måde kan det bevises, at vægten af kobber i en transformer med to viklinger er proportional med,

N1I1 + N2I2 ⇒ 2N1I1 (Da, i en transformer N1I1 = N2I2)

Lad os antage, at Wa og Wtw er kobbervægten i henholdsvis autotransformator og transformer med to viklinger,

∴ Besparelse af kobber i autotransformator sammenlignet med transformer med to viklinger,

Autotransformer anvender kun en enkelt vikling pr. fase i modsætning til to klart adskilte viklinger i en konventionel transformer.

Fordele ved anvendelse af autotransformere

Fordelene ved en autotransformator omfatter:

1. For transformationsforhold = 2 vil autotransformatorens størrelse være ca. 50 % af den tilsvarende størrelse af en transformer med to viklinger. For transformationsforholdet siger 20 ville størrelsen derimod være 95 %. Besparelsen i materialeomkostningerne er naturligvis ikke i samme størrelsesorden. Besparelsen af omkostningerne er mærkbar, når transformatorforholdet er lavt, dvs. lavere end 2. Autotransformatoren er således mindre i størrelse og billigere.
2. En autotransformer har højere effektivitet end en transformer med to viklinger. Dette skyldes mindre ohmsk tab og kernetab som følge af reduktion af transformatormaterialet.
3. Autotransformer har bedre spændingsregulering, da spændingsfaldet i modstand og reaktans i den enkelte vikling er mindre.

Ulemper ved brug af autotransformer

Ulemperne ved en autotransformer omfatter:

1. På grund af den elektriske ledningsevne af de primære og sekundære viklinger risikerer det lavere spændingskredsløb at blive påtrykt af højere spænding. For at undgå nedbrud i det lavere spændingskredsløb bliver det nødvendigt at konstruere lavspændingskredsløbet til at kunne modstå højere spænding.
2. Lækageflowet mellem primær- og sekundærviklingen er lille, og dermed er impedansen lav. Dette resulterer i strengere kortslutningsstrømme under fejlbetingelser.
3. Forbindelserne på primær- og sekundærsiden skal nødvendigvis være de samme, undtagen når der anvendes sammenkoblede stjerneforbindelser. Dette medfører komplikationer som følge af skiftende primær og sekundær fasevinkel, især i tilfælde af delta/delta-forbindelse.
4. På grund af den fælles neutral i en stjerne/stjerneforbundet autotransformer er det ikke muligt at jordforbinde neutral på kun den ene side. Begge deres sider skal have deres neutralitet enten jordet eller isoleret.
5. Det er vanskeligere at opretholde den elektromagnetiske balance i viklingen, når der er spændingsjusteringsaftapninger. Det bør være bekendt, at aftapning på en autotransformator øger transformatorens rammestørrelse betydeligt. Hvis aftapningsområdet er meget stort, går de fordele, der er opnået i startomkostningerne, i høj grad tabt.

Anvendelser af autotransformere

Anvendelserne af en autotransformer omfatter:

1. Kompensering af spændingsfald ved at øge forsyningsspændingen i distributionssystemer.
2. Autotransformere med et antal aftapninger anvendes til start af induktions- og synkronmotorer.
3. Autotransformere anvendes som variac i laboratorier eller hvor kontinuerlig variabel over brede områder er påkrævet.