Jak działa autotransformator - jak zrobić

Autotransformator to transformator elektryczny, który składa się tylko z pojedynczego, ciągłego, nieizolowanego uzwojenia, z zaczepami w różnych punktach uzwojenia. Sekcja uzwojenia między odczepami odpowiadająca napięciu sieciowemu AC jest zasilana z sieci zasilającej, natomiast pozostałe odczepy służą do uzyskania żądanych napięć wyjściowych, zgodnie z ich współczynnikami uzwojenia.

Te napięcia wyjściowe mogą wahać się od poziomów wyższych niż napięcie wejściowe i niższych niż wejściowy prąd przemienny sieci zasilającej, w zależności od współczynnika zwojów uzwojenia w odpowiednich punktach zaczepów.

Słowo „auto” zostało zainspirowane greckim terminem „self”, które odnosi się do funkcjonowania pojedynczej cewki uzwojenia w całym transformatorze, bez angażowania jakiegokolwiek mechanizmu automatycznego.

W autotransformatorze odczepiane sekcje pojedynczego ciągłego uzwojenia działają zarówno jako uzwojenie pierwotne, jak i wtórne transformatora.

Różnica między autotransformatorem a transformatorem obniżającym napięcie

Zazwyczaj w każdym standardowym transformatorze obniżającym napięcie znajdujemy dwie całkowicie oddzielne cewki uzwojenia w postaci uzwojenia pierwotnego i wtórnego, które są elektrycznie izolowane, ale magnetycznie połączone ze sobą, jak pokazano poniżej.

Tutaj stosunek uzwojenia pierwotnego i wtórnego decyduje o wielkości transferu napięcia i prądu między dwoma uzwojeniami poprzez indukcję magnetyczną.

Oznacza to, że jeśli załóżmy, że pierwotny ma 10 razy większą liczbę zwojów niż wtórny, to 220 V AC podawany na pierwotnym spowoduje 10-krotnie obniżone niższe napięcie na wtórnym, równe 220 V / 10 = 22 V.

Podobnie, jeśli napięcie przemienne 22 V zostanie przyłożone do wtórnego, spowoduje to podwyższenie napięcia 220 V po stronie pierwotnej.

W przeciwieństwie do tego, w autotransformatorze jest jedno ciągłe uzwojenie podzielone na różne odczepy napięciowe, które określają różne poziomy napięcia w całym uzwojeniu, jak pokazano poniżej.

Wszystkie te zaczepy nie są izolowane elektrycznie, ale mogą być zasilane magnetycznie, tak jak nasz standardowy transformator, umożliwiając proporcjonalny podział napięcia i prądu na sekcje, w zależności od stosunków uzwojenia między odczepami.

Jak zrobić autotransformator

Autotransformator można zbudować przy użyciu tych samych obliczeń, co w przypadku normalnego transformatora obniżającego napięcie, z wyjątkiem strony wtórnej.

W rzeczywistości wykonanie autotransformatora jest znacznie łatwiejsze niż transformatora standardowego, ponieważ tutaj możemy wyeliminować uzwojenie strony wtórnej i zastosować pojedyncze ciągłe uzwojenie pierwotne 300 V lub 400 V.

Więc zasadniczo wykonaj wszystkie kroki wyjaśnione w następnym artykule, po prostu pomiń obliczenia strony wtórnej i zastosuj tylko obliczenia po stronie pierwotnej 220 V.

Szczegóły uzwojenia

Użyj 400 V dla napięcia pierwotnego i 1 A dla prądu. Po nawinięciu można podłączyć zaczepy w różnych odstępach czasu uzwojenia, aby uzyskać pożądane podwyższone lub obniżone napięcia.

Zaleta i wada autotransformatora

W uzwojeniu autotransformatora mamy zwykle minimum 3 zaczepy, które są zakończone elektrycznie jako wyjścia.

Ze względu na fakt, że pojedyncze uzwojenie działa zarówno jako pierwotne, jak i wtórne, autotransformatory mają lepszą zaletę, że są mniejsze, lżejsze i tańsze niż typowe konwencjonalne transformatory obniżające napięcie z podwójnym uzwojeniem.

Jednak wada automatu tramwajowego wynika z faktu, że żadne z jego wyjść uzwojenia nie jest elektrycznie izolowane od sieci prądu przemiennego i może spowodować śmiertelny wstrząs, gdy zostanie dotknięty w stanie włączenia.

Wśród innych zalet autotransformatorów jest zmniejszona reaktancja upływu, mniejsze straty, niższy prąd wzbudzenia i zwiększona wartość znamionowa VA dla dowolnego istniejącego wymiaru i masy.

Podanie

Dobrym przykładem zastosowania autotransformatora jest konwerter napięcia turysty, który umożliwia podróżnemu podłączenie urządzeń 230 V do źródeł zasilania 120 V lub odwrotnie.

Autotransformator z kilkoma odczepami wyjściowymi może być wykorzystany do dostosowania napięcia na końcu rozszerzonego obwodu dystrybucyjnego, aby przeciwdziałać wszelkim nadwyżkowym spadkom napięcia. Ta sama sytuacja może być automatycznie kontrolowana przez elektroniczny obwód przełączający.

Jest to zwykle realizowane przez AVR lub automatyczny regulator napięcia, który automatycznie przełącza różne zaczepy autotransformatora przez przekaźniki lub triaki, w celu skompensowania wyjścia w odpowiedzi na zmiany napięcia sieciowego.

Jak to działa

Jak omówiono powyżej, autotransformator zawiera tylko jedno uzwojenie z 2 zaciskami końcowymi.

Pomiędzy punktami pobudzenia może znajdować się jeden lub więcej zacisków jako punkty poboru do uzyskania podwyższonego / obniżonego napięcia w punktach zaczepów. W autotransformatorze widzimy, że sekcja pierwotna (wejściowa) i wtórna (wyjściowa) cewek mają wspólne zwoje.

Ta część uzwojenia wspólna dla dwóch pierwotnych i wtórnych jest zwykle nazywana „częścią wspólną”.

Podczas gdy część uzwojenia wychodząca z tej „sekcji wspólnej” lub sekcja, która nie jest dzielona, ​​część pierwotna i wtórna jest zwykle nazywana „sekcją szeregową”.

Podstawowe (wejściowe) napięcie zasilania jest podłączane do dwóch odpowiednich zacisków, których wartość znamionowa lub specyfikacja odpowiada zakresowi zasilania wejściowego.

Napięcie wtórne (wyjściowe) jest uzyskiwane z pary zacisków lub zaczepów, z których jeden określony zacisk jest zwykle wspólny, zarówno dla zacisku wejściowego, jak i wyjściowego.

W autotransformatorze, ponieważ całe uzwojenie jest jednolite zgodnie ze specyfikacją, jego woltów na turę jest również taka sama we wszystkich punktach zaczepienia. Oznacza to, że napięcie indukowane na każdej sekcji zaczepu będzie proporcjonalne do liczby zwojów.

Ze względu na indukcję magnetyczną w uzwojeniu i rdzeniu, napięcie i prąd będą proporcjonalnie dodawane lub odejmowane w uzwojeniu, w zależności od liczby zwojów.

Na przykład dolne punkty zaczepów będą pokazywać zmniejszone napięcia i zwiększony prąd w odniesieniu do wspólnej linii uziemienia, podczas gdy górne punkty zaczepów będą pokazywać wyższe napięcia i niższy prąd w stosunku do wspólnej linii uziemienia.

Najwyżej położony zaczep w sekcji szeregowej pokaże napięcia wyższe niż wejściowe napięcie zasilania.

Jednak transfer mocy wejściowej i wyjściowej będzie taki sam. Oznacza to, że iloczyn napięcia i prądu lub V x I będzie zawsze równy dla sekcji wejściowej i wyjściowej.

Jak obliczyć napięcie i obroty

Ponieważ parametry napięcie, prąd i liczba zwojów są z natury proporcjonalne, wzór na obliczenie ampera, napięcia i liczby zwojów jest określony przez prosty uniwersalny wzór podany poniżej:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Sprawdźmy następujący przykład. Istotne jest, aby mieć pod ręką co najmniej dwa parametry, aby określić pozostałe parametry przy obliczaniu autotramsformera.

Tutaj mamy liczbę zwojów i napięcie po stronie pierwotnej lub wejściowej autotransformatora, ale nie znamy parametrów po stronie wyjściowej ani po stronie obciążenia.

Teraz załóżmy, że chcemy, aby odczep N7 po stronie wyjściowej wytwarzał 300 V prądu przemiennego, poprzez wejście prądu zmiennego 220 V. Dlatego możemy obliczyć w następujący prosty sposób:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 zwojów.

Oznacza to, że jeśli uzwojenie N7 ma 681 zwojów, wytworzy wymagane 300 V, gdy przyłożone zostanie napięcie wejściowe 220 V AC.

Podobnie, jeśli chcemy, aby uzwojenie N2 generowało napięcie, powiedzmy 24 V, to liczbę zwojów tej sekcji zaczepu można obliczyć za pomocą tego samego wzoru:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 zwojów

Jak obliczyć aktualną ocenę

Aby obliczyć prąd znamionowy strony wyjściowej autotransformatora, musimy również znać prąd znamionowy uzwojenia bocznego 220 V. Powiedzmy, że to jest 2 A, wtedy prąd na uzwojeniu N7 można obliczyć za pomocą następującego podstawowego wzoru na moc:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

I7 = 220 x 2/300 = 440/300 = 1,46 amperów.

To pokazuje, że w autotransformatorze lub dowolnym typie transformatora moc wyjściowa jest idealnie, prawie równa mocy wejściowej.

Jak przekonwertować zwykły transformator na autotransformator

Jak omówiono w poprzednich akapitach tego artykułu, zwykły transformator zawiera dwa oddzielne uzwojenia, które są izolowane elektrycznie, tworząc odpowiednią stronę pierwotną i wtórną.

Ponieważ obie strony uzwojenia są elektrycznie izolowane, niemożliwe staje się generowanie dostosowanego podwyższonego i obniżonego napięcia sieci AC z tych transformatorów, w przeciwieństwie do autotransformatora.

Jednak przy niewielkiej modyfikacji jednostki zwykły transformator można w dużej mierze przekształcić w autotransformator. W tym celu musimy po prostu połączyć przewody strony pierwotnej z przewodami strony wtórnej w formacie s, jak pokazano na poniższym schemacie:

Znajdziemy tutaj zwykły transformator obniżający napięcie 25-0-25 V / 220 V, który jest przekształcany w poręczny mały autotransformator, po prostu poprzez połączenie odpowiednich przewodów wtórnych / pierwotnych.

Po połączeniu przewodów w pokazany sposób, zmodyfikowany autotransformator umożliwia użytkownikowi uzyskanie podwyższonego napięcia sieciowego 220 + 25 = 245 AC V lub obniżonego napięcia 220-25 = 195 V AC z odpowiednich przewodów wyjściowych.