Jak funguje autotransformátor - jak vyrobit

Autotransformátor je elektrický transformátor, který se skládá pouze z jediného, ​​spojitého, neizolovaného vinutí se závitovými svorkami napříč různými body vinutí. Sekce vinutí mezi odbočkami, které odpovídají síťovému střídavému proudu, se aplikuje na síťový napájecí zdroj ze sítě, zatímco zbývající odbočky se používají pro získání požadovaných výstupních napětí v souladu s jejich poměry vinutí.

Tato výstupní napětí se mohou pohybovat od úrovní vyšších než je vstupní napájení a nižší než vstupní síťové střídavé napětí, v závislosti na poměru otáčení vinutí napříč příslušnými odbočnými body.

Slovo „auto“ je inspirováno řeckým výrazem „self“, který se týká fungování osamělé vinutí cívky napříč celým transformátorem, aniž by do toho byl zapojen jakýkoli automatický mechanismus.

V autotransformátoru funguje odbočkové sekce jediného kontinuálního vinutí jako primární vinutí i sekundární vinutí transformátoru.

Rozdíl mezi autotransformátorem a krokovým transformátorem

Typicky v jakémkoli standardním transformátoru s krokem dolů najdeme dvě zcela oddělené cívky vinutí ve formě primárního vinutí a sekundárního vinutí, které jsou elektricky izolované, ale navzájem magnetické, jak je znázorněno níže.

Zde poměr vinutí napříč primárním a sekundárním rozhoduje o rozsahu přenosu napětí a proudu mezi dvěma vinutími magnetickou indukcí.

To znamená, pokud předpokládáme, že primární má 10krát větší počet závitů než sekundární, pak 220 V AC napájené na primární způsobí 10krát snížené nižší napětí přes sekundární, což se rovná 220 V / 10 = 22 V.

Podobně, pokud je na sekundární napětí použito 22 V AC, způsobí to generování zesíleného napětí 220 V na primární straně.

Na rozdíl od toho je v autotransformátoru jediné kontinuální vinutí rozdělené do různých odboček napětí, které určují různé úrovně napětí napříč celým vinutím, jak je znázorněno níže.

Všechny tyto odbočky nejsou elektricky izolované, ale mohou být magneticky napájeny stejně jako náš standardní transformátor, což umožňuje poměrné množství sdílení napětí a proudu napříč sekcemi, v závislosti na poměrech vinutí mezi odbočkami.

Jak vyrobit autotransformátor

Autotransformátor lze sestavit pomocí stejných výpočtů jako u normálního transformátoru s krokem dolů, kromě sekundární strany.

Ve skutečnosti je výroba autotransformátoru mnohem jednodušší než u standardního transformátoru, protože zde můžeme eliminovat vinutí sekundární strany a použít jediné primární 300 V nebo 400 V kontinuální vinutí.

V zásadě tedy postupujte podle všech kroků vysvětlených v následujícím článku, přeskočte výpočty na sekundární straně a implementujte pouze primární výpočty na straně 220 V.

Vinutí Podrobnosti

Použijte 400 V pro primární napětí a 1 zesilovač pro proud. Po navinutí můžete připevnit kohoutky v různých intervalech vinutí pro získání požadovaného zesíleného nebo zeslabeného napětí.

Výhoda a nevýhoda autotransformátoru

Ve vinutí autotransformátoru máme obvykle minimálně 3 odbočky, které jsou elektricky zakončeny jako výstupy.

Vzhledem k tomu, že jediné vinutí funguje jako primární i sekundární, autotransformátory mají lepší výhodu v tom, že jsou menší, lehčí a cenově dostupnější než běžné transformátory s dvojitým vinutím.

Nevýhoda automatického tramvajového generátoru však vyplývá ze skutečnosti, že žádný z jeho výstupů vinutí není elektricky izolován od sítě střídavého proudu a může způsobit smrtelný šok při dotyku v zapnutém stavu.

Mezi další výhody autotransformátorů patří snížená reaktance úniku, snížené ztráty, nižší budicí proud a vylepšené hodnocení VA pro jakoukoli existující dimenzi a objem.

aplikace

Dobrým příkladem aplikace s autotransformátorem je turistický měnič napětí, který umožňuje cestujícímu připojit spotřebiče 230 V na napájecí zdroje 120 voltů nebo naopak.

Může být použit autotransformátor mající několik výstupních odboček k přizpůsobení napětí na konci rozšířeného distribučního obvodu, aby se zabránilo jakémukoli přebytku napětí. Stejnou situaci lze automaticky ovládat pomocí elektronického spínacího obvodu.

To je obvykle realizováno prostřednictvím AVR nebo automatického regulátoru napětí, který automaticky přepíná různé odbočky autotransformátoru přes relé nebo triaky, aby kompenzoval výstup v reakci na změny síťového napětí.

Jak to funguje

Jak je uvedeno výše, autotransformátor obsahuje pouze jedno vinutí se 2 koncovými svorkami.

Mezi nimi může být jeden nebo více terminálů jako odbočné body pro získání stupňovitého napětí nahoru / dolů napříč odbočnými body. V autotransformátoru najdeme, že primární (vstupní) a sekundární (výstupní) část cívek mají společné otáčky.

Tato část vinutí sdílená dvěma primárními a sekundárními je obvykle známá jako „společná část“.

Zatímco část vinutí vyčnívající z této „společné sekce“ nebo část, která není sdílena primární a sekundární, je obvykle známá jako „série“.

Primární (vstupní) napájecí napětí je připojeno přes dvě z příslušných svorek, jejichž jmenovité hodnoty nebo specifikace odpovídají rozsahu napájecího vstupu.

Sekundární (výstupní) napětí se získává z dvojice svorek nebo odboček, přičemž jedna z těchto svorek je obvykle společná, a to jak na vstupní, tak na svorce výstupního napětí.

V autotransformátoru, protože celé jedno vinutí je jednotné s jeho specifikacemi, jeho voltů na otáčku je také stejný ve všech bodech kohoutku. To znamená, že napětí indukované napříč každou z odboček bude úměrné jejímu počtu závitů.

Kvůli magnetické indukci napříč vinutím a jádrem bude napětí a proud úměrně přidáváno nebo odečítáno napříč vinutím, v závislosti na počtu závitů.

Například dolní body odbočky budou zobrazovat snížená napětí a zvýšený proud s odkazem na společné zemnící vedení, zatímco horní body odbočky budou zobrazovat vyšší napětí a nižší proud vzhledem ke společné zemnící lince.

Nejvyšší kohoutek v sekci série bude zobrazovat napětí vyšší než vstupní napájecí napětí.

Přenos vstupního a výstupního výkonu však bude stejný. To znamená, že součin napětí a proudu nebo V x I bude vždy stejný pro vstupní a výstupní část.

Jak vypočítat napětí a otáčky

Vzhledem k tomu, že parametry napětí, proudu a počtu závitů jsou proporcionální, řídí se vzorec pro výpočet ampéru, napětí a počtu závitů jednoduchým univerzálním vzorcem uvedeným níže:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Podívejme se na následující příklad. Pro výpočet zbývajících parametrů při výpočtu autotramformátoru je nezbytné mít po ruce alespoň dva parametry.

Zde máme počet závitů a napětí pro primární nebo vstupní stranu autotransformátoru, ale neznáme parametry na výstupní nebo zátěžové straně.

Předpokládejme, že chceme, aby odbočka N7 na výstupní straně produkovala 300 V AC prostřednictvím vstupu 220 V AC. Proto můžeme vypočítat následujícím jednoduchým způsobem:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 otáček.

To znamená, že pokud má vinutí N7 681 otáček, bude produkovat požadovaných 300 V, když je použit vstup 220 V AC.

Podobně, pokud chceme, aby vinutí N2 generovalo napětí, řekněme 24 V, pak počet závitů v této části odbočky lze vypočítat pomocí stejného vzorce:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 otáček

Jak vypočítat aktuální hodnocení

Pro výpočet jmenovitého proudu na výstupní straně autotransformátoru musíme také znát jmenovitou hodnotu proudu vinutí na straně 220 V. Řekněme, že se jedná o 2 ampéry, pak lze proud ve vinutí N7 vypočítat pomocí následujícího základního vzorce výkonu:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

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

To ukazuje, že v autotransformátoru nebo jakémkoli typu transformátoru je výstupní výkon v ideálním případě téměř stejný jako vstupní výkon.

Jak převést běžný transformátor na autotransformátor

Jak je popsáno v předchozích odstavcích tohoto článku, běžný transformátor obsahuje dvě samostatná vinutí, která jsou elektricky izolovaná a tvoří příslušnou primární a sekundární stranu.

Vzhledem k tomu, že obě strany vinutí jsou elektricky izolovány, je na rozdíl od autotransformátoru nemožné z těchto transformátorů generovat přizpůsobená zesílená a zeslabená síťová napětí.

S malou úpravou v jednotce však lze běžný transformátor do značné míry převést na autotransformátor. K tomu jednoduše potřebujeme propojit dráty primární strany s dráty sekundární strany ve formátu s, jak je znázorněno v následujícím diagramu:

Zde najdeme běžný transformátor 25-0-25 V / 220 V, který se převádí na šikovný malý autotransformátor, jednoduše připojením příslušných sekundárních / primárních vodičů.

Jakmile jsou vodiče připojeny znázorněným způsobem, upravený autotransformátor umožňuje uživateli získat zesílené síťové napětí 220 + 25 = 245 AC V nebo zesílené síťové napětí 220 - 25 = 195 AC V výstupů z příslušných výstupních vodičů.