Mi az autotranszformátor?
Az autotranszformátor (vagy autótranszformátor) az elektromos transzformátorok olyan típusa, amely csak egy tekercseléssel rendelkezik. Az “auto” előtag az egyedül működő egyetlen tekercsre utal (görögül “önmaga”) – nem pedig valamilyen automatikus mechanizmusra. Az autotranszformátor hasonlít a két tekercses transzformátorhoz, de abban különbözik, hogy a transzformátor primer és szekunder tekercselése hogyan kapcsolódik egymáshoz.
Autotranszformátor elmélete
Az autotranszformátorban egyetlen tekercset használnak primer tekercselésként és szekunder tekercselésként is. De a két tekercses transzformátorban két különböző tekercset használnak elsődleges és másodlagos célra. Az autótranszformátor kapcsolási rajza az alábbiakban látható.
A teljes N1 fordulatszámú AB tekercset tekintjük primer tekercsnek. Ez a tekercs a ′C′ pontból van megcsapolva, és a BC rész szekundernek tekinthető. Tegyük fel, hogy a ′B′ és ′C′ pontok között a tekercsek száma N2.
Ha V1 feszültséget kapcsolunk a tekercsre, azaz az ′A′ és ′C′ pontok között.
Ezért a tekercs BC részén a feszültség,
Mivel a tekercs BC részét szekundernek tekintjük, könnyen megérthetjük, hogy az ′k′ állandó értéke nem más, mint a tekercsek aránya vagy a transzformátor feszültségaránya. Amikor a terhelés a szekunder kapcsok, azaz a ′B′ és ′C′ közé van csatlakoztatva, az I2 terhelőáram folyni kezd. A szekunder tekercsben vagy a közös tekercsben folyó áram az I2 és az I1 különbsége.
Réz megtakarítás az autós transzformátorban
Most a réz megtakarítását fogjuk megvitatni az autós transzformátorban a hagyományos két tekercses transzformátorhoz képest.
Tudjuk, hogy bármely tekercs rézének súlya a hosszától és keresztmetszeti területétől függ. A tekercsben lévő vezető hossza ismét arányos a tekercsek számával, a keresztmetszeti terület pedig a névleges árammal változik.
A tekercsben lévő réz tömege tehát egyenesen arányos a tekercsek számának és a tekercs névleges áramának szorzatával.
Ezért a réz súlya az AC szakaszon arányos,
és hasonlóképpen a réz súlya a BC szakaszon arányos,
Ezért a réz teljes súlya a tekercselésben a transzformátorban arányos,
Hasonlóképpen bizonyítható, hogy a réz súlya a két tekercselésű transzformátorban arányos,
Tegyük fel, hogy Wa és Wtw a réz súlya az autótranszformátorban, illetve a két tekercses transzformátorban,
∴ A réz megtakarítása az autótranszformátorban a két tekercses transzformátorhoz képest,
Az autótranszformátor fázisonként csak egyetlen tekercselést alkalmaz, szemben a hagyományos transzformátor két különálló tekercselésével.
Az autótranszformátorok használatának előnyei
Az autótranszformátor előnyei a következők:
- Az átalakítási arány = 2 esetén az autótranszformátor mérete a két tekercses transzformátor megfelelő méretének körülbelül 50%-a lenne. Mondjuk 20-as transzformációs arány esetén azonban a méret 95 % lenne. Az anyagköltség megtakarítása természetesen nem ugyanilyen arányú. A költségmegtakarítás akkor érzékelhető, ha a transzformátor áttételi aránya alacsony, azaz 2-nél kisebb. Így az automatikus transzformátor kisebb méretű és olcsóbb.
- Az automatikus transzformátor nagyobb hatásfokkal rendelkezik, mint a két tekercses transzformátor. Ennek oka a kisebb ohmos veszteség és a magveszteség a transzformátor anyagának csökkentése miatt.
- Az automata transzformátor jobb feszültségszabályozással rendelkezik, mivel az egy tekercs ellenállásában és reaktanciájában kisebb a feszültségesés.
Az automata transzformátor használatának hátrányai
Az automata transzformátor hátrányai a következők:
- A primer és szekunder tekercsek elektromos vezetőképessége miatt az alacsonyabb feszültségű áramkörre nagyobb feszültség hathat. Az alacsonyabb feszültségű áramkör meghibásodásának elkerülése érdekében a kisfeszültségű áramkört úgy kell kialakítani, hogy ellenálljon a nagyobb feszültségnek.
- A primer és szekunder tekercsek közötti szivárgási fluxus kicsi, ezért az impedancia alacsony. Ez hiba esetén súlyosabb rövidzárlati áramokat eredményez.
- A primer és szekunder oldali csatlakozásoknak szükségszerűen azonosnak kell lenniük, kivéve, ha összekapcsolt csillagkapcsolásokat használnak. Ez bonyodalmakat okoz a primer és szekunder fázisszögek változása miatt, különösen a delta/delta kapcsolás esetén.
- A csillag/csillag kapcsolt autotranszformátorban a közös nullpont miatt nem lehetséges csak az egyik oldal nullpontját földelni. Mindkét oldaluk semlegességének vagy földeltnek, vagy leválasztottnak kell lennie.
- A tekercs elektromágneses egyensúlyának fenntartása nehezebb, ha feszültségbeállító csapokat biztosítanak. Tudni kell, hogy az önműködő transzformátoron a megcsapolás biztosítása jelentősen megnöveli a transzformátor vázméretét. Ha a megcsapolási tartomány nagyon nagy, akkor a kezdeti költségekben elért előnyök nagymértékben elvesznek.
Az autótranszformátorok alkalmazásai
Az autótranszformátor alkalmazásai közé tartoznak:
- A feszültségesések kompenzálása a tápfeszültség növelésével az elosztórendszerekben.
- A több megcsapolással rendelkező autótranszformátorokat indukciós és szinkronmotorok indítására használják.
- Az autótranszformátort variacként használják laboratóriumban, vagy ahol széles tartományokban folyamatos változóra van szükség.