Autotransformátor je transformátor s jedním vinutím navinutým na vrstveném jádře. Automatický transformátor je podobný transformátoru se dvěma vinutími, ale liší se způsobem vzájemného propojení primárního a sekundárního vinutí. Část vinutí je společná pro primární i sekundární stranu.
Při zatěžovacím stavu se část zatěžovacího proudu získává přímo ze zdroje a zbývající část se získává působením transformátoru. Automatický transformátor pracuje jako regulátor napětí.
- Vysvětlení autotransformátoru se schématem zapojení
- Úspora mědi v autotransformátoru ve srovnání s běžným dvouvinutým transformátorem
- Výhody autotransformátoru. transformátoru
- Nevýhody automatického transformátoru
- Použití automatického transformátoru
Vysvětlení automatického transformátoru se schématem zapojení
V běžném transformátoru, jsou primární a sekundární vinutí od sebe elektricky izolována, ale magneticky spojena, jak je znázorněno na obrázku níže. Zatímco v autotransformátoru jsou primární a sekundární vinutí spojena magneticky i elektricky. Ve skutečnosti je část jednoho souvislého vinutí společná pro primární i sekundární vinutí.
Na základě konstrukce existují dva typy autotransformátorů. U jednoho typu transformátoru je průběžné vinutí s odbočkami vyvedenými ve vhodných bodech určených požadovaným sekundárním napětím. V jiném typu autotransformátoru jsou však dvě nebo více samostatných cívek, které jsou elektricky spojeny a tvoří souvislé vinutí. Konstrukce autotransformátoru je znázorněna na následujícím obrázku.
Primární vinutí AB, z něhož je odebrána odbočka na C, takže CB působí jako sekundární vinutí. Napájecí napětí je přivedeno přes AB a zátěž je připojena přes CB. Odbočka může být pevná nebo proměnná. Když se přes AB přivede střídavé napětí V1, vytvoří se v jádře střídavý tok, v jehož důsledku se ve vinutí AB indukuje emf E1. Část tohoto indukovaného emf je odváděna do sekundárního obvodu.
Nechť,
- V1 – primární přiložené napětí
- V2 – sekundární napětí v zátěži
- I1 – primární proud
- I2 – zátěžový proud
- N1 – počet závitů mezi A a B
- N2 – počet závitů mezi C a B
Zanedbání ne-zatěžovacího proudu, svodové reaktance a ztrát,
V1 = E1 a V2 = E2
Tedy transformační poměr:
Jelikož sekundární ampérzávity jsou opačné než primární ampérzávity, tak proud I2 je ve fázovém protikladu k I1. Sekundární napětí je menší než primární. Proto je proud I2 větší než proud I1. Výsledný proud protékající sekcí BC je tedy (I2 – I1).
Ampérzávity připadající na sekci BC = proud x závity
Z rovnice (1) a (2) vyplývá, že ampérzávity připadající na sekci BC a AC se vzájemně vyrovnávají, což je charakteristické pro činnost transformátoru.
Úspora mědi v autotransformátoru ve srovnání s běžným transformátorem se dvěma vinutími
Hmotnost mědi je úměrná délce a ploše průřezu vodiče.
Délka vodiče je úměrná počtu závitů a průřez je úměrný součinu proudu a počtu závitů.
Nyní z výše uvedeného obrázku (B) znázorněného autotransformátoru vyplývá, že hmotnost mědi potřebná v autotransformátoru je
Wa = hmotnost mědi v průřezu AC + hmotnost mědi v průřezu CB
Tedy
Pokud se stejná povinnost provede s obyčejným transformátorem se dvěma vinutími znázorněným výše na obrázku (A), celková hmotnost mědi potřebná v běžném transformátoru,
W0 = hmotnost mědi na jeho primárním vinutí + hmotnost mědi na jeho sekundárním vinutí
Takže,
Nyní je poměr hmotnosti mědi v autotransformátoru k hmotnosti mědi v běžném transformátoru dán jako
Úspora mědi ovlivněná použitím autotransformátoru = hmotnost mědi potřebné v běžném transformátoru – hmotnost mědi potřebné v autotransformátoru
Takže,
Úspora mědi = K x hmotnost mědi potřebné pro dvě vinutí transformátoru
Úspora mědi tedy roste s tím, jak se transformační poměr blíží jednotce. Proto se autotransformátor používá, když se hodnota K téměř rovná jednotce.
Výhody autotransformátoru
- Méně nákladný
- Lepší regulace
- Malé ztráty ve srovnání s běžným dvouvinutým transformátorem stejné jmenovité hodnoty.
Nevýhody autotransformátoru
Existují různé výhody autotransformátoru, ale pak také jedna zásadní nevýhoda, proč není autotransformátor široce používán, je, že
- Sekundární vinutí není izolováno od primárního vinutí.
Použije-li se autotransformátor k napájení nízkého napětí z vysokého napětí a dojde-li k přerušení sekundárního vinutí, dostane se plné primární napětí na sekundární svorku, což je nebezpečné pro obsluhu a zařízení. Proto by se autotransformátor neměl používat pro propojení vysokonapěťových a nízkonapěťových systémů.
- Používá se pouze v omezených místech, kde je vyžadována mírná odchylka výstupního napětí od vstupního napětí.
Použití autotransformátoru
- Používá se jako spouštěč, který při spouštění dodává statoru asynchronního motoru s klecí s veverkou až 50 až 60 % plného napětí.
- Používá se k dodání malého zvýšení napětí rozvodnému kabelu, aby se korigoval pokles napětí.
- Používá se také jako regulátor napětí
- Používá se v přenosové a distribuční soustavě elektrické energie a také v audiosystému a na železnici.
.