Primárne a sekundárne vinutie autotransformátora sú navzájom spojené elektricky aj magneticky, čím sa znižujú náklady ako je tomu u bežných transformátorov.

Na rozdiel od klasického transformátora napätia, ktorý má dve elektricky izolované vinutia nazývané: primárne a sekundárne, má autotransformátor iba jedno jediné napäťové vinutie, ktoré je spoločné pre obe strany. Toto jediné vinutie je „odbočené“ v rôznych bodoch svojej dĺžky, aby poskytlo percento primárneho napájacieho napätia cez jeho sekundárne zaťaženie. Potom má autotransformátor obvyklé magnetické jadro, ale má iba jedno vinutie, ktoré je spoločné pre primárny aj sekundárny obvod.

Preto sú v autotransformátore primárne a sekundárne vinutie spojené elektricky aj magneticky. Hlavnou výhodou tohto typu transformátora je, že ho možno vyrobiť pri rovnakom hodnotení VA oveľa lacnejšie, avšak najväčšou nevýhodou autotransformátora je však to, že nemá izoláciu primárneho / sekundárneho vinutia, ktorá je bežná pri transformátore s dvojitým vinutím.

Časť vinutia označená ako primárna časť vinutia je pripojená k zdroju striedavého prúdu, pričom sekundárne je súčasťou tohto primárneho vinutia. Na zvýšenie alebo zníženie napájacieho napätia reverzným zapojením je možné použiť aj autotransformátor. Ak je primárne celkové vinutie pripojené k zdroju napájania a sekundárny obvod je pripojený iba cez časť vinutia, potom je sekundárne napätie „zostupné“, ako je to znázornené.

Principiálna schéma autotransformátora.

Keď primárny prúd I_P preteká jedným vinutím v smere šípky, ako je to znázornené, sekundárny prúd I_S preteká v opačnom smere. Preto v časti vinutia, ktorá generuje sekundárne napätie, V_S je prúd vytekajúci z vinutia rozdiel I_P a I_S.

Autotransformátor môže byť tiež skonštruovaný s viac ako jedným odberným bodom. Autotransformátory možno použiť na zabezpečenie rôznych napäťových bodov pozdĺž jeho vinutia alebo na zvýšenie napájacieho napätia vzhľadom na jeho napájacie napätie V_P, ako je znázornené.

Autotransformátor s viacerými bodmi odberu

Schéma autotransformátora s viacrými bodmi odberu.

Štandardnou metódou označenia vinutí autotransformátora je jeho označenie veľkými písmenami. Napríklad A, B, Z atď. Na identifikáciu konca vinutia. Všeobecne je spoločné neutrálne pripojenie označené ako N alebo n. Pre sekundárne odbočky sa čísla prípon používajú pre všetky odbočky pozdĺž primárneho vinutia autotransformátorov. Tieto čísla zvyčajne začínajú na čísle „1“ a pokračujú vzostupne pre všetky odberné body tak, ako je to znázornené.

Značenie terminálov autotransformátora

Autotransformátor sa používa hlavne na prispôsobenie sieťového napätia, aby sa buď zmenila jeho hodnota, alebo aby sa udržala konštantná. Ak je nastavenie napätia malé, buď nahor alebo nadol, potom je pomer transformátora malý, pretože VP a VS sú takmer rovnaké. Prúdy I_P a I_S sú tiež takmer rovnaké.

Preto časť vinutia, ktorá nesie rozdiel medzi týmito dvoma prúdmi, môže byť vyrobená z oveľa menšej veľkosti vodiča, pretože prúdy sú oveľa menšie, čo šetrí náklady na ekvivalentný transformátor s dvojitým vinutím.

Regulácia, úniková indukčnosť a fyzická veľkosť (pretože tu nie je druhé vinutie) autotransformátora pre dané hodnotenie VA alebo KVA sú však menšie ako pre transformátor s dvojitým vinutím.

Autotransformátory sú zjavne oveľa lacnejšie ako bežné transformátory s dvojitým vinutím s rovnakou hodnotou VA. Pri rozhodovaní o použití autotransformátora je obvyklé porovnať jeho cenu s ekvivalentným typom dvojitého vinutia.

To sa deje porovnaním množstva medi ušetrenej vo vinutí. Ak je pomer „n“ definovaný ako pomer nízkeho napätia k vyššiemu napätiu, je možné preukázať, že úspora medi je: n * 100%. Napríklad úspora medi dvoma autotransformátormi by bola:

Nevýhody autotransformátora

• Hlavnou nevýhodou autotransformátora je, že nemá izoláciu primárneho a sekundárneho vinutia bežného transformátora s dvojitým vinutím. Potom nemožno bezpečne použiť autotransformátor na znižovanie vyššieho napätia na oveľa nižšie napätie vhodné pre menšie záťaže.
• Ak dôjde k skratu sekundárneho bočného vinutia, prúd záťaže prestane prúdiť cez primárne vinutie a zastaví sa činnosť transformátora, čo vedie k tomu, že na primárne svorky bude privedené celé primárne napätie.
• Ak sekundárny obvod utrpí skrat, bol by výsledný primárny prúd oveľa väčší ako ekvivalentný transformátor s dvojitým vinutím kvôli zvýšenej väzbe toku poškodzujúcej autotransformátor.
• Pretože neutrálne spojenie je spoločné pre primárne aj sekundárne vinutie, uzemnenie sekundárneho vinutia je automaticky primárne uzemnenie zeme, pretože medzi týmito dvoma vinutiami nie je izolácia. Na izoláciu zariadení od zeme sa niekedy používajú transformátory s dvojitým vinutím.

Autotransformátor má veľa použití vrátane štartovania indukčných motorov, ktoré regulujú napätie prenosných liniek a zároveň môžu transformovať napätie ked je primárny a sekundárny pomer takmer zjednotený.

Autotransformátor je možné vyrobiť aj z konvenčných transformátorov s dvojitým vinutím spojením primárneho a sekundárneho vinutia do série a v závislosti od spôsobu pripojenia môže sekundárne napätie zvyšovať alebo znižovať od primárneho napätia.

Konštrukcia autotransformátora

V autotransformátore sa používa jediné vinutie ako obe vinutia. Na základe konštrukcie existujú dva typy autotransformátora. V jednom type transformátora je nepretržité vinutie s vyvedenými odbočkami vo vhodných bodoch určených požadovaným sekundárnym napätím. V inom type autotransformátora však existujú dve alebo viac samostatných cievok, ktoré sú elektricky spojené tak, aby vytvorili súvislé vinutie. Konštrukcia autotransformátora je znázornená na obrázku nižšie.

Konštrukčné vyhotovenie autotransformátora s výstupnými napätiami 0 - 220V - 230V - 240V.

Iný príklad autotransformátora s výstupným napätím 0 - 110V - 220V.

Variabilný autotransformátor - Variak

Rovnako ako pevné alebo odbočkové autotransformátory, ktoré produkujú napäťový výstup na konkrétnej úrovni, existuje ďalšia užitočná aplikácia usporiadania typu autotransformátora, ktoré sa dá použiť na výrobu premenlivého striedavého napätia zo zdroja striedavého napätia s pevným napätím. Tento typ variabilného autotransformátora sa všeobecne používa v laboratóriách a vedeckých laboratóriách na školách a vysokých školách a je známejší ako Variak.

Konštrukcia variabilného autotransformátora alebo variaku je rovnaká ako pri pevnom type. Jediné primárne vinutie omotané okolo laminovaného magnetického jadra sa používa ako v autotransformátore, ale namiesto toho, aby bolo fixované v určitom vopred určenom bode odbočenia, sekundárne napätie je vedené cez uhlíkovú kefu.

Táto uhlíková kefa sa otáča alebo sa nechá kĺzať po exponovanej časti primárneho vinutia a pri pohybe s ňou dodáva kontakt a dodáva požadovanú úroveň napätia.

Potom variabilný autotransformátor obsahuje premennú odbočku vo forme uhlíkovej kefy, ktorá posúva hore a dole primárne vinutie, ktoré riadi dĺžku sekundárneho vinutia, a preto je sekundárne výstupné napätie úplne variabilné od maximálnej hodnoty primárneho napájacieho napätia až po nulu.

Variabilný autotransformátor s variabilným výstupným napätím 0 - 240V - Variak.

Pohľad na mechanickú konštrukciu variaku.

Variabilný autotransformátor je zvyčajne navrhnutý s vypočítaným počtom primárnych vinutí na vytvorenie sekundárneho napätia, ktoré je možné nastaviť od niekoľkých voltov po zlomky voltu na otáčku. Toho je dosiahnuté tak, že uhlíková kefa alebo posúvač sú vždy v kontakte s jedným alebo viacerými závitmi primárneho vinutia. Pretože je závit primárnej cievky rovnomerne rozložený po celej jeho dĺžke. Potom je výstupné napätie úmerné uhlovej rotácii.

Schématické znázornenie variabilného autotransformátora - Variaku.

Vidíme, že variak dokáže plynulo upraviť napätie na záťaž od nuly po menovité napájacie napätie. Ak by bolo napájacie napätie v určitom okamihu pozdĺž primárneho vinutia odbočené, mohlo by byť potenciálne výstupné sekundárne napätie vyššie ako skutočné napájacie napätie. Variabilné autotransformátory sa dajú použiť aj na stmievanie svetiel.

Variaky sú tiež veľmi užitočné v elektrických a elektronických dielňach a laboratóriách, pretože sa dajú použiť na zabezpečenie variabilného napájania striedavým prúdom. Je však potrebné postupovať opatrne a opatriť trnsformátor na výstupe vhodnou poistkou, aby sa zaistilo, že v prípade poruchy nebude na sekundárnych svorkách prítomné vyššie napájacie napätie. Rovnako treba podotknúť že výstupné napätie je nestabilizované a môže kolísať. Rovnako je vhodné doplniť výstup takéhoto transformátora vhodnýmy meradlami AC napätia a prúdu a transformátor zbytočne nepreťažovať na záťaži.

Záver

Autotransformátory majú oproti bežným transformátorom s dvojitým vinutím veľa výhod. Všeobecne sú efektívnejšie pri rovnakom menovitom výkone VA, majú menšiu veľkosť a keďže pri svojej konštrukcii vyžadujú menej medi, ich cena je nižšia v porovnaní s transformátormi s dvojitým vinutím s rovnakým VA výkonom. Tiež straty jadra a medi sú I²R nižšie v dôsledku menšieho odporu a netesnosti reaktancie, ktoré poskytujú lepšiu reguláciu napätia ako ekvivalentný transformátor s dvoma vinutiami.

Pokiaľ sa vám článok páčil - nezabudnite ho ohodnotiť hviezdičkami - Ďakujeme.