Autotrasformatore: Che cos’è? (Definizione, teoria e schema)

Cos’è un autotrasformatore?

Un autotrasformatore (o auto trasformatore) è un tipo di trasformatore elettrico con un solo avvolgimento. Il prefisso “auto” si riferisce alla singola bobina che agisce da sola (in greco significa “auto”) – non a qualsiasi meccanismo automatico. Un autotrasformatore è simile a un trasformatore a due avvolgimenti, ma varia nel modo in cui l’avvolgimento primario e secondario del trasformatore sono correlati.

Teoria dell’autotrasformatore

In un autotrasformatore, un singolo avvolgimento è usato come avvolgimento primario e secondario. Ma in un trasformatore a due avvolgimenti si usano due avvolgimenti diversi per lo scopo primario e secondario. Uno schema circuitale di autotrasformatore è mostrato qui sotto.

L’avvolgimento AB di totale giri N1 è considerato come avvolgimento primario. Questo avvolgimento è spillato dal punto ′C′ e la porzione BC è considerata secondaria. Supponiamo che il numero di giri tra i punti ′B′ e ′C′ sia N2.

Se la tensione V1 è applicata attraverso l’avvolgimento cioè tra ′A′ e ′C′.

Quindi, la tensione attraverso la porzione BC dell’avvolgimento, sarà,

Siccome la porzione BC dell’avvolgimento è considerata come secondaria, si può facilmente capire che il valore della costante ′k′ non è altro che il rapporto delle spire o il rapporto di tensione dell’autotrasformatore. Quando il carico è collegato tra i terminali secondari cioè tra ′B′ e ′C′, la corrente di carico I2 inizia a scorrere. La corrente nell’avvolgimento secondario o comune è la differenza di I2 e I1.

Risparmio di rame nel trasformatore automatico

Ora discuteremo il risparmio di rame nel trasformatore automatico rispetto al trasformatore convenzionale a due avvolgimenti.
Sappiamo che il peso del rame di qualsiasi avvolgimento dipende dalla sua lunghezza e area della sezione trasversale. Ancora una volta la lunghezza del conduttore nell’avvolgimento è proporzionale al suo numero di giri e l’area della sezione trasversale varia con la corrente nominale.
Quindi il peso del rame nell’avvolgimento è direttamente proporzionale al prodotto del numero di giri e della corrente nominale dell’avvolgimento.

Pertanto, il peso del rame nella sezione AC è proporzionale a,

e allo stesso modo, il peso del rame nella sezione BC è proporzionale a,

Quindi, il peso totale del rame nell’avvolgimento dell’autotrasformatore è proporzionale a,

In modo simile si può dimostrare, il peso del rame in un trasformatore a due avvolgimenti è proporzionale a,

N1I1 + N2I2 ⇒ 2N1I1 (Poiché, in un trasformatore N1I1 = N2I2)

Assumiamo che Wa e Wtw siano rispettivamente il peso del rame nel trasformatore automatico e nel trasformatore a due avvolgimenti,

∴ Risparmio di rame nel trasformatore automatico rispetto al trasformatore a due avvolgimenti,


L’autotrasformatore impiega un solo avvolgimento per fase contro i due avvolgimenti separati in un trasformatore convenzionale.

Svantaggi dell’uso dei trasformatori automatici

I vantaggi di un trasformatore automatico includono:

1. Per un rapporto di trasformazione = 2, la dimensione del trasformatore automatico sarebbe circa il 50% della dimensione corrispondente del trasformatore a due avvolgimenti. Per il rapporto di trasformazione diciamo 20 invece la dimensione sarebbe del 95%. Il risparmio nel costo del materiale non è ovviamente nella stessa proporzione. Il risparmio del costo è apprezzabile quando il rapporto del trasformatore è basso, cioè inferiore a 2. Così il trasformatore automatico è più piccolo nelle dimensioni e più economico.
2. Un trasformatore automatico ha un’efficienza superiore al trasformatore a due avvolgimenti. Questo è dovuto a meno perdita ohmica e perdita del nucleo a causa della riduzione del materiale del trasformatore.
3. Il trasformatore automatico ha una migliore regolazione della tensione perché la caduta di tensione nella resistenza e reattanza del singolo avvolgimento è minore.

Svantaggi dell’uso del trasformatore automatico

Gli svantaggi di un trasformatore automatico includono:

1. A causa della conduttività elettrica degli avvolgimenti primari e secondari il circuito a bassa tensione può essere colpito da una tensione maggiore. Per evitare la rottura del circuito a bassa tensione, è necessario progettare il circuito a bassa tensione per sopportare una tensione più alta.
2. Il flusso di perdita tra gli avvolgimenti primari e secondari è piccolo e quindi l’impedenza è bassa. Questo si traduce in correnti di cortocircuito più gravi in condizioni di guasto.
3. Le connessioni sui lati primario e secondario devono necessariamente essere le stesse, tranne quando si usano connessioni a stella interconnesse. Questo introduce complicazioni dovute al cambiamento dell’angolo di fase primario e secondario, in particolare nel caso di collegamento delta/delta.
4. A causa del neutro comune in un autotrasformatore collegato a stella/stella non è possibile mettere a terra il neutro di un solo lato. Entrambi i lati dovrebbero avere la loro neutralità o a terra o isolata.
5. È più difficile mantenere l’equilibrio elettromagnetico dell’avvolgimento quando sono previste le prese di regolazione della tensione. Si deve sapere che la disposizione delle derivazioni su un autotrasformatore aumenta considerevolmente la dimensione del telaio del trasformatore. Se la gamma di maschiatura è molto grande, i vantaggi guadagnati nel costo iniziale si perdono in un grande evento.

Applicazioni dei trasformatori automatici

Le applicazioni di un trasformatore automatico includono:

1. Compensare le cadute di tensione aumentando la tensione di alimentazione nei sistemi di distribuzione.
2. Trasformatori automatici con un certo numero di prese sono utilizzati per l’avvio di motori a induzione e sincroni.
3. Trasformatore automatico è usato come variac in laboratorio o dove è richiesta una variabile continua su ampie gamme.