Autotranszformátor: Mi ez? (Definíció, elmélet és diagram)

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,

N1I1 + N2I2 ⇒ 2N1I1 (Mivel, egy transzformátorban N1I1 = N2I2)
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:

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. A primer és szekunder tekercsek közötti szivárgási fluxus kicsi, ezért az impedancia alacsony. Ez hiba esetén súlyosabb rövidzárlati áramokat eredményez.
3. 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.
4. 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.
5. 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:

1. A feszültségesések kompenzálása a tápfeszültség növelésével az elosztórendszerekben.
2. A több megcsapolással rendelkező autótranszformátorokat indukciós és szinkronmotorok indítására használják.
3. Az autótranszformátort variacként használják laboratóriumban, vagy ahol széles tartományokban folyamatos változóra van szükség.