Ein Autotransformator ist ein Transformator mit nur einer Wicklung, die auf einen laminierten Kern gewickelt ist. Ein Spartransformator ähnelt einem Transformator mit zwei Wicklungen, unterscheidet sich aber in der Art und Weise, wie die Primär- und Sekundärwicklung miteinander verbunden sind. Ein Teil der Wicklung ist sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite vorhanden.
Unter Last wird ein Teil des Laststroms direkt von der Stromversorgung bezogen und der verbleibende Teil wird durch die Wirkung des Transformators gewonnen. Ein Spartransformator arbeitet als Spannungsregler.
Inhalt:
- Erläuterung des Autotransformators mit Schaltplan
- Kupfereinsparung beim Autotransformator im Vergleich zum gewöhnlichen Zweiwicklungstransformator
- Vorteile des Transformator
- Nachteile des Autotransformators
- Anwendungen des Autotransformators
Erläuterung des Autotransformators mit Schaltplan
In einem gewöhnlichen Transformator, sind die Primär- und die Sekundärwicklungen elektrisch voneinander isoliert, aber magnetisch miteinander verbunden, wie in der Abbildung unten gezeigt. Beim Spartransformator sind die Primär- und die Sekundärwicklungen sowohl magnetisch als auch elektrisch miteinander verbunden. Tatsächlich ist ein Teil der einzelnen kontinuierlichen Wicklung sowohl der Primär- als auch der Sekundärwicklung gemeinsam.
Es gibt zwei Arten von Spartransformatoren, die auf der Konstruktion basieren. Bei der einen Art von Transformator gibt es eine durchgehende Wicklung mit Anzapfungen an geeigneten Stellen, die durch die gewünschte Sekundärspannung bestimmt werden. Bei einer anderen Art von Spartransformator gibt es jedoch zwei oder mehr getrennte Spulen, die elektrisch verbunden sind, um eine durchgehende Wicklung zu bilden. Der Aufbau eines Spartransformators ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Primärwicklung AB, von der eine Anzapfung bei C genommen wird, so dass CB als Sekundärwicklung wirkt. Die Versorgungsspannung wird an AB angelegt, und die Last wird an CB angeschlossen. Die Anzapfung kann fest oder variabel sein. Wenn eine Wechselspannung V1 an AB anliegt, wird im Kern ein Wechselstrom erzeugt, wodurch in der Wicklung AB eine Spannung E1 induziert wird. Ein Teil dieser induzierten EMK wird in den Sekundärkreis aufgenommen.
Let,
- V1 – primär angelegte Spannung
- V2 – Sekundärspannung an der Last
- I1 – Primärstrom
- I2 – Laststrom
- N1 – Anzahl der Windungen zwischen A und B
- N2 – Anzahl der Windungen zwischen C und B
Vernachlässigt man no-Laststrom, Streureaktanz und Verluste,
V1 = E1 und V2 = E2
Daher das Übersetzungsverhältnis:
Da die sekundären Amperewindungen den primären Amperewindungen gegenüberstehen, ist der Strom I2 gegenphasig zu I1. Die Sekundärspannung ist kleiner als die Primärspannung. Daher ist der Strom I2 größer als der Strom I1. Daher ist der resultierende Strom, der durch den Abschnitt BC fließt, (I2 – I1).
Die Amperewindungen aufgrund des Abschnitts BC = Strom x Windungen
Gleichung (1) und (2) zeigt, dass die Amperewindungen aufgrund des Abschnitts BC und AC sich gegenseitig ausgleichen, was charakteristisch für die Transformatorwirkung ist.
Einsparung von Kupfer in einem Autotransformator im Vergleich zu einem gewöhnlichen Zweiwicklungstransformator
Das Gewicht des Kupfers ist proportional zur Länge und zur Fläche eines Querschnitts des Leiters.
Die Länge des Leiters ist proportional zur Anzahl der Windungen, und der Querschnitt ist proportional zum Produkt aus Stromstärke und Anzahl der Windungen.
Aus der obigen Abbildung (B) des Autotransformators ergibt sich nun, dass das Gewicht des Kupfers, das in einem Autotransformator benötigt wird, wie folgt ist
Wa = Gewicht des Kupfers im Abschnitt AC + Gewicht des Kupfers im Abschnitt CB
Daher
Wenn die gleiche Aufgabe mit einem gewöhnlichen Zweiwickler-Transformator, der oben in der Abbildung (A) gezeigt wird, durchgeführt wird, das Gesamtgewicht des Kupfers, das in dem gewöhnlichen Transformator benötigt wird,
W0 = Gewicht des Kupfers auf seiner Primärwicklung + Gewicht des Kupfers auf seiner Sekundärwicklung
Daher,
Das Verhältnis zwischen dem Gewicht des Kupfers in einem Spartransformator und dem Gewicht des Kupfers in einem gewöhnlichen Transformator ist somit gegeben als
Einsparung von Kupfer durch die Verwendung eines Spartransformators = Gewicht des Kupfers in einem gewöhnlichen Transformator – Gewicht des Kupfers in einem Spartransformator
Daher,
Kupfereinsparung = K x Gewicht des Kupfers, das für zwei Wicklungen des Transformators benötigt wird
Die Kupfereinsparung nimmt also zu, wenn sich das Übersetzungsverhältnis der Einheit nähert. Daher wird der Spartransformator verwendet, wenn der Wert von K fast gleich eins ist.
Vorteile des Spartransformators
- Kostengünstiger
- Bessere Regelung
- Geringere Verluste als bei einem gewöhnlichen Zweiwicklungstransformator der gleichen Leistung.
Nachteile des Autotransformators
Es gibt verschiedene Vorteile des Autotransformators, aber auch einen großen Nachteil, warum der Autotransformator nicht weit verbreitet ist:
- Die Sekundärwicklung ist nicht von der Primärwicklung isoliert.
Wenn ein Spartransformator verwendet wird, um von einer hohen Spannung eine niedrige Spannung zu liefern, und es gibt eine Unterbrechung in der Sekundärwicklung, kommt die volle Primärspannung über die Sekundärklemme, was für den Bediener und die Ausrüstung gefährlich ist. Daher sollte der Spartransformator nicht für die Verbindung von Hoch- und Niederspannungssystemen verwendet werden.
- Es wird nur in begrenzten Bereichen verwendet, in denen eine geringe Abweichung der Ausgangsspannung von der Eingangsspannung erforderlich ist.
Anwendungen des Autotransformators
- Er wird als Starter verwendet, um dem Stator eines Käfigläufermotors während des Starts bis zu 50 bis 60 % der vollen Spannung zuzuführen.
- Es wird verwendet, um eine kleine Erhöhung zu einem Verteilerkabel zu geben, um den Spannungsabfall zu korrigieren.
- Es wird auch als Spannungsregler verwendet
- Es wird in der Energieübertragung und im Verteilersystem und auch im Audiosystem und in den Eisenbahnen verwendet.