Co to jest autotransformator?
Autotransformator (lub autotransformator) jest typem transformatora elektrycznego z tylko jednym uzwojeniem. Przedrostek „auto” odnosi się do pojedynczej cewki działającej samodzielnie (po grecku „samo”) – nie do żadnego mechanizmu automatycznego. Autotransformator jest podobny do transformatora dwuuzwojeniowego, ale różni się sposobem, w jaki uzwojenie pierwotne i wtórne transformatora są ze sobą powiązane.
Teoria autotransformatora
W autotransformatorze, jedno pojedyncze uzwojenie jest używane zarówno jako uzwojenie pierwotne, jak i wtórne. Natomiast w transformatorze dwuuzwojeniowym dwa różne uzwojenia są używane do celów pierwotnych i wtórnych. Schemat obwodowy autotransformatora jest pokazany poniżej.
Zwojenie AB o całkowitej liczbie zwojów N1 jest uważane za uzwojenie pierwotne. Uzwojenie to jest odczepiane z punktu C, a część BC jest uważana za uzwojenie wtórne. Załóżmy, że liczba zwojów pomiędzy punktami ′B′ i ′C′ wynosi N2.
Jeżeli napięcie V1 jest przyłożone w poprzek uzwojenia, tj. pomiędzy ′A′ i ′C′.
Więc napięcie na części BC uzwojenia wyniesie,
Jako że część BC uzwojenia jest uważana za wtórną, można łatwo zrozumieć, że wartość stałej ′k′ jest niczym innym jak współczynnikiem skręcenia lub współczynnikiem napięcia tego autotransformatora. Kiedy obciążenie jest podłączone pomiędzy zaciski wtórne, tj. pomiędzy B′ a C′, zaczyna płynąć prąd obciążenia I2. Prąd w uzwojeniu wtórnym lub uzwojeniu wspólnym jest różnicą I2 i I1.
Oszczędności miedzi w transformatorze samochodowym
Teraz omówimy oszczędności miedzi w transformatorze samochodowym w porównaniu z konwencjonalnym transformatorem dwuuzwojeniowym.
Wiemy, że masa miedzi w każdym uzwojeniu zależy od jego długości i powierzchni przekroju poprzecznego. Ponownie długość przewodnika w uzwojeniu jest proporcjonalna do jego liczby zwojów, a pole przekroju zmienia się wraz z prądem znamionowym.
Więc waga miedzi w uzwojeniu jest wprost proporcjonalna do iloczynu liczby zwojów i prądu znamionowego uzwojenia.
Więc masa miedzi w przekroju AC jest proporcjonalna do,
i analogicznie masa miedzi w przekroju BC jest proporcjonalna do,
Więc całkowita masa miedzi w uzwojeniu autotransformatora jest proporcjonalna do,
W podobny sposób można udowodnić, że masa miedzi w transformatorze dwuuzwojeniowym jest proporcjonalna do,
Załóżmy, że Wa i Wtw są masą miedzi odpowiednio w transformatorze samochodowym i dwuuzwojeniowym,
∴ Oszczędność miedzi w transformatorze samochodowym w porównaniu do transformatora dwuuzwojeniowego,
Autotransformator wykorzystuje tylko jedno uzwojenie na fazę w porównaniu z dwoma wyraźnie oddzielonymi uzwojeniami w transformatorze konwencjonalnym.
Zalety stosowania autotransformatorów
Zalety autotransformatora obejmują:
- Dla współczynnika transformacji = 2, rozmiar autotransformatora wynosiłby około 50% odpowiedniego rozmiaru transformatora dwuuzwojeniowego. Dla współczynnika transformacji powiedzmy 20 wielkość ta wynosiłaby 95 %. Oszczędności w kosztach materiału nie są oczywiście w tej samej proporcji. Oszczędność kosztów jest odczuwalna, gdy współczynnik transformacji jest niski, to znaczy niższy niż 2. Tak więc autotransformator ma mniejsze rozmiary i jest tańszy.
- An autotransformator ma wyższą sprawność niż transformator dwuuzwojeniowy. Dzieje się tak z powodu mniejszych strat omowych i strat w rdzeniu spowodowanych redukcją materiału transformatora.
- Autotransformator ma lepszą regulację napięcia, ponieważ spadek napięcia w rezystancji i reaktancji pojedynczego uzwojenia jest mniejszy.
Wady stosowania autotransformatora
Wady autotransformatora obejmują:
- Z powodu przewodnictwa elektrycznego uzwojenia pierwotnego i wtórnego obwód niższego napięcia może być poddany działaniu wyższego napięcia. Aby uniknąć awarii w obwodzie niższego napięcia, konieczne staje się zaprojektowanie obwodu niskiego napięcia tak, aby wytrzymywał wyższe napięcie.
- Strumień upływu pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym jest mały i stąd impedancja jest niska. To skutkuje poważniejszymi prądami zwarciowymi w warunkach awarii.
- Połączenia po stronie pierwotnej i wtórnej muszą być koniecznie takie same, z wyjątkiem sytuacji, gdy używa się połączonych połączeń gwiaździstych. Wprowadza to komplikacje związane ze zmianą kąta fazowego strony pierwotnej i wtórnej, szczególnie w przypadku połączenia trójkąt/trójkąt.
- Ze względu na wspólny układ neutralny w autotransformatorze połączonym w gwiazdę nie jest możliwe uziemienie tylko jednej strony. Obie strony powinny mieć neutralność albo uziemioną, albo izolowaną.
- Trudniej jest utrzymać równowagę elektromagnetyczną uzwojenia, gdy przewidziane są odczepy regulacyjne napięcia. Należy wiedzieć, że wyposażenie transformatora samochodowego w zaczepy znacznie zwiększa rozmiar ramy transformatora. Jeżeli zakres odczepów jest bardzo duży, korzyści uzyskane w początkowym koszcie są w znacznym stopniu utracone.
Zastosowania transformatorów samochodowych
Zastosowania transformatora samochodowego obejmują:
- Kompensowanie spadków napięcia poprzez zwiększanie napięcia zasilania w systemach dystrybucyjnych.
- Transformatory samochodowe z szeregiem zaczepów są używane do rozruchu silników indukcyjnych i synchronicznych.
- Transformator samochodowy jest używany jako wariak w laboratorium lub tam, gdzie wymagana jest ciągła zmienna w szerokim zakresie.
.