Come funziona un autotrasformatore - Come fare

Un autotrasformatore è un trasformatore elettrico costituito da un unico avvolgimento continuo, non isolato, con terminali filettati su vari punti dell'avvolgimento. La sezione di avvolgimento tra le prese che corrispondono alla rete AC viene applicata con l'alimentazione di rete AC, mentre le restanti prese servono per ottenere le tensioni di uscita desiderate, in accordo con i loro rapporti di avvolgimento.

Queste tensioni di uscita possono variare da livelli superiori all'alimentazione di ingresso e inferiori alla rete di ingresso CA, a seconda del rapporto di rotazione dell'avvolgimento tra i punti di presa pertinenti.

La parola 'auto', si ispira al termine greco 'self' che si riferisce al funzionamento di una bobina di avvolgimento solitario attraverso l'intero trasformatore, senza coinvolgere alcun tipo di meccanismo automatico.

In un autotrasformatore, le sezioni maschiate di un singolo avvolgimento continuo funzionano sia come avvolgimento primario che come avvolgimento secondario del trasformatore.

Differenza tra autotrasformatore e trasformatore step-down

Tipicamente in qualsiasi trasformatore step-down standard troviamo due bobine di avvolgimento completamente separate sotto forma di avvolgimento primario e avvolgimento secondario che sono elettricamente isolate, ma accoppiate magneticamente tra loro, come mostrato di seguito.

Qui, il rapporto dell'avvolgimento tra primario e secondario decide la quantità di trasferimento di tensione e corrente tra i due avvolgimenti attraverso l'induzione magnetica.

Significa che se supponiamo che il primario abbia un numero di spire 10 volte superiore al secondario, allora un 220 V AC alimentato al primario causerà una tensione inferiore di 10 volte attraverso il secondario, pari a 220 V / 10 = 22 V.

Allo stesso modo, se si applica una tensione di 22 V CA al secondario, si genererà una tensione di 220 V aumentata sul lato primario.

Contrariamente a questo, in un autotrasformatore c'è un unico avvolgimento continuo diviso in varie prese di tensione, che determinano i diversi livelli di tensione attraverso l'intero avvolgimento, come mostrato di seguito.

Tutte queste prese non sono elettricamente isolate, ma possono essere eccitate magneticamente proprio come il nostro trasformatore standard, consentendo una quantità proporzionale di tensione e condivisione di corrente tra le sezioni, a seconda dei rapporti dell'avvolgimento tra le prese.

Come realizzare un autotrasformatore

Un autotrasformatore può essere costruito utilizzando gli stessi calcoli fatti per un normale trasformatore step-down, eccetto il lato secondario.

Infatti realizzare un autotrasformatore è molto più semplice rispetto al trasformatore standard, poiché qui possiamo eliminare l'avvolgimento lato secondario, e utilizzare un unico avvolgimento primario 300 V o 400 V continuo.

Quindi, in pratica, segui tutti i passaggi spiegati nel seguente articolo, salta i calcoli sul lato secondario e implementa solo i calcoli sul lato primario a 220 V.

Dettagli dell'avvolgimento

Usa 400 V per i volt primari e 1 amp per la corrente. Una volta avvolto, è possibile collegare i rubinetti su vari intervalli dell'avvolgimento per acquisire le tensioni aumentate o ridotte desiderate.

Vantaggio e svantaggio di un autotrasformatore

In un avvolgimento di autotrasformatore normalmente abbiamo un minimo di 3 prese terminate elettricamente come uscite.

A causa del fatto che un singolo avvolgimento funziona sia come primario che come secondario, gli autotrasformatori hanno il miglior vantaggio di essere di dimensioni più piccole, più leggeri e più convenienti rispetto ai tipici trasformatori step-down convenzionali a doppio avvolgimento.

Tuttavia, lo svantaggio di un autotrasformatore deriva dal fatto che nessuna delle sue uscite di avvolgimento è elettricamente isolata dalla rete CA e può infliggere una scossa letale se toccata in condizione ON commutata.

Tra gli altri vantaggi degli autotrasformatori vi sono la ridotta reattanza di dispersione, le perdite ridotte, la corrente di eccitazione inferiore e il valore nominale VA migliorato per qualsiasi dimensione e volume esistente.

Applicazione

Un buon esempio di applicazione di autotrasformatore è il convertitore di tensione del turista, che consente al viaggiatore di collegare apparecchi a 230 V su fonti di alimentazione a 120 volt, o il contrario.

Un autotrasformatore avente diverse prese di uscita potrebbe essere utilizzato per adattare la tensione alla fine di un circuito di distribuzione esteso per contrastare qualsiasi caduta di tensione in eccesso. La stessa situazione potrebbe essere controllata automaticamente tramite un circuito elettronico di commutazione.

Questa viene normalmente implementata tramite un AVR o un regolatore di tensione automatico, che commuta automaticamente le varie prese dell'autotrasformatore tramite relè o triac, per compensare l'uscita in risposta alle variazioni della tensione di linea.

Come funziona

Come discusso sopra, un autotrasformatore include un solo avvolgimento con 2 terminali.

Potrebbero esserci uno o più terminali in mezzo come punti di presa per ottenere le tensioni aumentate / abbassate attraverso i punti di presa. In un autotrasformatore troviamo la sezione primaria (ingresso) e secondaria (uscita) delle bobine hanno i loro giri in comune.

Questa la parte dell'avvolgimento condivisa dai due primari e secondari è solitamente nota come 'Sezione comune'.

Considerando che, la parte dell'avvolgimento che si estende lontano da questa 'sezione comune' o la sezione che non è condivisa dal primario e dal secondario è solitamente nota come 'Sezione in serie'.

La tensione di alimentazione primaria (ingresso) è collegata a due dei terminali appropriati, il cui valore o specifica corrisponde all'intervallo di alimentazione in ingresso.

La tensione secondaria (uscita) è ottenuta da una coppia di terminali o prese, un particolare terminale tra questi è normalmente in comune, sia al terminale di tensione di ingresso che a quello di uscita.

In un autotrasformatore, poiché l'intero avvolgimento singolo è uniforme con le sue specifiche, il suo volt per giro è lo stesso anche per tutti i punti di rubinetto. Ciò significa che la tensione indotta su ciascuna delle sezioni di presa sarà proporzionale al suo numero di giri.

A causa dell'induzione magnetica attraverso l'avvolgimento e il nucleo, la tensione e la corrente verranno aggiunte o sottratte proporzionalmente attraverso l'avvolgimento, a seconda del numero di giri.

Ad esempio, i punti di prelievo inferiori mostreranno tensioni ridotte e corrente aumentata con riferimento alla linea di massa comune, mentre i punti di prelievo superiori mostreranno tensioni più elevate e corrente inferiore rispetto alla linea di massa comune.

Il tocco più in alto all'interno della sezione della serie mostrerà tensioni superiori alla tensione di alimentazione in ingresso.

Tuttavia, il trasferimento di potenza in ingresso e in uscita sarà lo stesso. Ciò significa che il prodotto di tensione e corrente o V x I sarà sempre uguale per le sezioni di ingresso e di uscita.

Come calcolare la tensione e le spire

Poiché i parametri tensione, corrente e numero di spire sono di natura proporzionata, la formula per il calcolo dell'ampere, della tensione e del numero di spire è regolata dalla semplice formula universale fornita di seguito:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Diamo un'occhiata al seguente esempio. È essenziale avere almeno due parametri in mano, per determinare i parametri rimanenti durante il calcolo di un autotramsformer.

Qui abbiamo il numero di giri e la tensione per il lato primario o di ingresso dell'autotrasformatore, ma non conosciamo i parametri sul lato di uscita o sul lato di carico.

Supponiamo ora di volere che il rubinetto N7 sul lato di uscita produca 300 V CA, attraverso l'ingresso a 220 V CA. Pertanto, possiamo calcolare nel seguente modo semplice:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 giri.

Ciò implica che se l'avvolgimento N7 ha 681 giri, produrrà i 300 V richiesti, quando viene applicato un ingresso di 220 V CA.

Allo stesso modo, se vogliamo che l'avvolgimento N2 generi una tensione diciamo 24 V, allora il numero di giri di questa sezione della presa potrebbe essere calcolato usando la stessa formula:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 giri

Come calcolare la corrente nominale

Per calcolare la corrente nominale del lato di uscita di un autotrasformatore, dobbiamo anche conoscere la corrente nominale dell'avvolgimento lato 220 V. Supponiamo che questo sia 2 amp, quindi la corrente attraverso l'avvolgimento N7 potrebbe essere calcolata utilizzando la seguente formula di potenza di base:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

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

Ciò dimostra che in un trasformatore automatico o in qualsiasi tipo di trasformatore, la potenza in uscita è idealmente, quasi uguale alla potenza in ingresso.

Come convertire un normale trasformatore in un autotrasformatore

Come discusso nei paragrafi precedenti di questo articolo, un normale trasformatore incorpora due avvolgimenti separati che sono elettricamente isolati, formando i rispettivi lati primario e secondario.

Poiché i due lati dell'avvolgimento sono isolati elettricamente, diventa impossibile generare tensioni di rete CA incrementate e ridotte personalizzate da questi trasformatori, a differenza di un autotrasformatore.

Tuttavia, con una piccola modifica nell'unità, un normale trasformatore potrebbe essere convertito in una certa misura in un autotrasformatore. Per questo è sufficiente interconnettere i fili del lato primario con i fili del lato secondario nel formato s come mostrato nello schema seguente:

Qui troviamo un normale trasformatore step-down 25-0-25 V / 220 V che viene convertito in un pratico piccolo autotrasformatore, semplicemente unendo i relativi fili secondario / primario.

Una volta che i fili sono uniti nel modo mostrato, l'autotrasformatore modificato consente all'utente di acquisire una rete aumentata 220 + 25 = 245 V AC, o una rete ridotta di 220 - 25 = 195 V AC uscite dai relativi cavi di uscita.