Autotransformator - Autotransformer

Enfaset tappet autotransformator med et utgangsspenningsområde på 40% –115% av inngangen

En autotransformator er en elektrisk transformator med bare en vikling . Prefikset " auto " (gresk for "selv") refererer til enkeltspolen som fungerer alene, ikke til noen form for automatisk mekanisme . I en autotransformator fungerer deler av den samme viklingen som både primærvikling og sekundærviklingsside av transformatoren. Derimot har en vanlig transformator separate primære og sekundære viklinger som ikke har noen metallisk ledende bane mellom seg.

Autotransformatorviklingen har minst tre kraner der elektriske tilkoblinger utføres. Siden en del av viklingen gjør "double duty", har autotransformatorer fordelene med å ofte være mindre, lettere og billigere enn typiske dobbeltviklede transformatorer, men ulempen ved ikke å gi elektrisk isolasjon mellom primær- og sekundærkrets. Andre fordeler med autotransformatorer inkluderer lavere lekkasjereaktans , lavere tap, lavere eksitasjonsstrøm og økt VA -vurdering for en gitt størrelse og masse.

Et eksempel på bruk av en autotransformator er en type reisendes spenningsomformer, som gjør det mulig å bruke 230 volt enheter på 120 volt forsyningskretser, eller omvendt. En autotransformator med flere kraner kan påføres for å justere spenningen ved enden av en lang distribusjonskrets for å korrigere for overskytende spenningsfall; når den er automatisk styrt, er dette et eksempel på en spenningsregulator .

Operasjon

En autotransformator har en enkelt vikling med to endeterminaler og en eller flere terminaler ved mellomliggende trykkpunkter. Det er en transformator der de primære og sekundære spolene har en del av sine svinger til felles. Delen av viklingen som deles av både primær og sekundær kan bli, og blir ofte referert til som "Felles seksjon". Delen av viklingen som ikke deles av både primær og sekundær, kan og blir ofte referert til som "serieseksjonen". Primærspenningen tilføres over to av terminalene. Sekundærspenningen er hentet fra to terminaler, hvorav en terminal vanligvis er felles med en primær spenningsterminal.

Siden volt-per-sving er den samme i begge viklingene, utvikler hver en spenning i forhold til antall omdreininger. I en autotransformator flyter en del av utgangsstrømmen direkte fra inngangen til utgangen (gjennom serieseksjonen), og bare en del overføres induktivt (gjennom den vanlige delen), slik at en mindre, lettere og billigere kjerne også kan brukes som krever bare en enkelt vikling. Imidlertid kan spennings- og strømforholdet til autotransformatorer formuleres på samme måte som andre toviklede transformatorer:

(0 < V 2 < V 1 )

Ampere-svingene levert av serieseksjonen av viklingen:

Ampere-svingene levert av den vanlige delen av viklingen:

For ampere-sving balanse, F S = F C :

Derfor:

Den ene enden av viklingen er vanligvis koblet til både spenningskilden og den elektriske belastningen . Den andre enden av kilden og lasten er koblet til kraner langs viklingen. Ulike kraner på viklingen tilsvarer forskjellige spenninger, målt fra fellesenden. I en trappetransformator er kilden vanligvis koblet på tvers av hele viklingen mens lasten er koblet med et trykk på bare en del av viklingen. I en trappetransformator, omvendt, er lasten festet over hele viklingen mens kilden er koblet til en kran over en del av viklingen. For en trinnvis transformator reverseres abonnementene i ligningene ovenfor der N2 og V2 i denne situasjonen er større enn N1 og V1.

Som i en toviklet transformator er forholdet mellom sekundær og primær spenning lik forholdet mellom antall svinger av viklingen de kobler til. For eksempel vil tilkobling av lasten mellom midten av viklingen og den vanlige terminalenden av viklingen til autotransformatoren føre til at utgangsspenningen er 50% av primærspenningen. Avhengig av applikasjonen kan den delen av viklingen som utelukkende brukes i delen med høyere spenning (lavere strøm) vikles med ledning av en mindre måler, selv om hele viklingen er direkte forbundet.

Hvis en av midtkranene brukes til bakken, kan autotransformatoren brukes som en balun for å konvertere en balansert linje (koblet til de to endekranene) til en ubalansert linje (siden med bakken).

Begrensninger

En autotransformator gir ikke elektrisk isolasjon mellom viklingene slik en vanlig transformator gjør; hvis den nøytrale siden av inngangen ikke er på jordspenning, vil den nøytrale siden av utgangen heller ikke være. En svikt i isoleringen av viklingene i en autotransformator kan resultere i full inngangsspenning tilført utgangen. Også et brudd i delen av viklingen som brukes som både primær og sekundær, vil føre til at transformatoren fungerer som en induktor i serie med belastningen (som under lette belastningsforhold kan føre til at nesten full inngangsspenning påføres utgangen ). Dette er viktige sikkerhetshensyn når du bestemmer deg for å bruke en autotransformator i en gitt applikasjon.

Fordi det krever både færre viklinger og en mindre kjerne, er en autotransformator for kraftapplikasjoner vanligvis lettere og rimeligere enn en toviklet transformator, opp til et spenningsforhold på omtrent 3: 1; utover dette området er en toviklet transformator vanligvis mer økonomisk.

I trefasede kraftoverføringsapplikasjoner har autotransformatorer begrensningene til ikke å undertrykke harmoniske strømmer og fungere som en annen kilde til jordfeilstrømmer . En stor trefaset autotransformator kan ha en "begravd" deltavikling, som ikke er koblet til utsiden av tanken, for å absorbere noen harmoniske strømmer.

I praksis betyr tap at både standardtransformatorer og autotransformatorer ikke er helt reversible; en designet for å trappe ned en spenning, vil levere litt mindre spenning enn nødvendig hvis den brukes til å trappe opp. Forskjellen er vanligvis liten nok til å tillate reversering der det faktiske spenningsnivået ikke er kritisk.

Som transformatorer med flere viklinger bruker autotransformatorer tidsvarierende magnetfelt for å overføre strøm. De krever vekselstrøm for å fungere skikkelig og vil ikke fungere på likestrøm . Fordi de primære og sekundære viklingene er elektrisk tilkoblet, vil en autotransformator la strøm strømme mellom viklingene og gir derfor ikke AC- eller DC -isolasjon.

applikasjoner

Kraftoverføring og distribusjon

Autotransformatorer brukes ofte i strømapplikasjoner for å koble sammen systemer som opererer ved forskjellige spenningsklasser, for eksempel 132 kV til 66 kV for overføring. En annen applikasjon i industrien er å tilpasse maskiner bygget (for eksempel) for 480 V -forsyninger for å operere på en 600 V -forsyning. De brukes også ofte til å tilby konverteringer mellom de to vanlige nettspenningsbåndene i verden (100 V – 130 V og 200 V – 250 V). Koblingen mellom Storbritannias 400 kV og 275 kV Super Grid -nettverk er normalt trefasede autotransformatorer med kraner i den felles nøytrale enden.

På lange landlige kraftdistribusjonslinjer settes det inn spesielle autotransformatorer med automatisk tappeskiftende utstyr som spenningsregulatorer , slik at kunder ytterst på linjen får samme gjennomsnittlige spenning som de som er nærmere kilden. Autotransformatorens variable forhold kompenserer for spenningsfallet langs linjen.

En spesiell form for autotransformator som kalles sikksakk brukes til å gi jording på trefasesystemer som ellers ikke har noen forbindelse til jord. En sikksakk-transformator gir en bane for strøm som er felles for alle tre fasene (såkalt null sekvensstrøm ).

Lydsystem

I lydapplikasjoner brukes autotransformatorer som tappes for å tilpasse høyttalere til lydspredningsanlegg med konstant spenning, og for impedansmatching, for eksempel mellom en lavimpedansmikrofon og en høyimpedansforsterkerinngang.

Jernbaner

I jernbaneapplikasjoner er det vanlig å drive togene med 25 kV AC. For å øke avstanden mellom elektrisitetsnettmatingspunkter, kan de arrangeres for å forsyne en delt fase 25-0-25 kV mating med den tredje ledningen (motsatt fase) utenfor rekkevidde for togets overliggende samlestrømavtaker. 0 V -punktet for forsyningen er koblet til skinnen mens et 25 kV -punkt er koblet til kontaktledningen. Ved hyppige (ca. 10 km) intervaller kobler en autotransformator kontaktledningen til skinnen og til den andre (antifase) forsyningslederen. Dette systemet øker brukbar overføringsavstand, reduserer indusert interferens i eksternt utstyr og reduserer kostnadene. Noen ganger ses en variant der forsyningslederen har en annen spenning enn kontaktledningen med autotransformatorforholdet modifisert for å passe.

Autotransformator starter

Autotransformatorer kan brukes som en metode for myke startinduksjonsmotorer . En av de velkjente designene til slike forretter er Korndörfer starter .

Variable autotransformatorer

En variabel autotransformator, med en glidebørste sekundær tilkobling og en toroidal kjerne. Dekselet er fjernet for å vise kobberviklinger og børste.
Variabel transformator - en del av Tektronix 576 Curve Tracer

Ved å utsette en del av de buktende spoler, og som gjør den sekundære forbindelsen gjennom en glidende børste , kan det oppnås en kontinuerlig variabel viklingsforholdet, slik at for meget jevn regulering av utgangsspenningen. Utgangsspenningen er ikke begrenset til de diskrete spenningene representert av det faktiske antall omdreininger. Spenningen kan varieres jevnt mellom svingene ettersom børsten har en relativt høy motstand (sammenlignet med en metallkontakt) og den faktiske utgangsspenningen er en funksjon av det relative området av børsten i kontakt med tilstøtende viklinger. Den relativt høye motstanden til børsten forhindrer også at den fungerer som en kortsluttet sving når den kommer i kontakt med to tilstøtende svinger. Vanligvis kobles den primære tilkoblingen til bare en del av viklingen slik at utgangsspenningen kan varieres jevnt fra null til over inngangsspenningen og dermed tillate at enheten brukes til testing av elektrisk utstyr ved grensene for det angitte spenningsområdet.

Utgangsspenningsjusteringen kan være manuell eller automatisk. Den manuelle typen gjelder bare for relativt lav spenning og er kjent som en variabel vekselstransformator (ofte referert til med varemerkets navn Variac). Disse brukes ofte på verksteder for å teste enheter under forskjellige spenninger eller for å simulere unormale ledningsspenninger.

Typen med automatisk spenningsjustering kan brukes som automatisk spenningsregulator , for å opprettholde en jevn spenning til kundens tjeneste under et bredt spekter av linje- og belastningsforhold. Et annet program er en lys dimmer som ikke produserer den EMI typisk for de fleste tyristor dimmere.

Variac varemerke

Fra 1934 til 2002 var Variac et amerikansk varemerke for General Radio for en variabel autotransformator som var hensiktsmessig å variere utgangsspenningen for en jevn AC -inngangsspenning. I 2004 søkte og skaffet Instrument Service Equipment varemerket Variac for samme type produkt.

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Croft, Terrell; Summers, Wilford, red. (1987). American Electricians 'Handbook (ellevte utg.). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-013932-6.