Как работает автотрансформатор - как сделать

Автотрансформатор - это электрический трансформатор, который состоит только из одной непрерывной неизолированной обмотки с ответвленными выводами в различных точках обмотки. На участок обмотки между ответвлениями, которые соответствуют сетевому переменному току, подается сетевое питание переменного тока, в то время как остальные отводы используются для получения желаемых выходных напряжений в соответствии с их отношениями намотки.

Эти выходные напряжения могут варьироваться от уровней выше, чем входное напряжение, до уровней ниже, чем входная сеть переменного тока, в зависимости от коэффициента поворота обмотки в соответствующих точках ответвления.

Слово «авто» происходит от греческого термина «я», который относится к работе одиночной обмотки на всем трансформаторе без использования какого-либо автоматического механизма.

В автотрансформаторе ответвительные секции одной непрерывной обмотки функционируют как первичная, так и вторичная обмотки трансформатора.

Разница между автотрансформатором и понижающим трансформатором

Обычно в любом стандартном понижающем трансформаторе мы находим две полностью отдельные обмотки в виде первичной обмотки и вторичной обмотки, которые электрически изолированы, но магнитно связаны друг с другом, как показано ниже.

Здесь соотношение обмотки между первичной и вторичной обмотками определяет величину передачи напряжения и тока между двумя обмотками через магнитную индукцию.

Это означает, что если предположить, что первичная обмотка имеет в 10 раз больше витков, чем вторичная, то 220 В переменного тока, подаваемое на первичную обмотку, вызовет 10-кратное понижение напряжения на вторичной обмотке, равное 220 В / 10 = 22 В.

Точно так же, если к вторичной обмотке приложено напряжение 22 В переменного тока, на первичной стороне будет генерироваться повышенное напряжение 220 В.

В отличие от этого, в автотрансформаторе есть одна непрерывная обмотка, разделенная на различные ответвления напряжения, которые определяют различные уровни напряжения по всей обмотке, как показано ниже.

Все эти ответвления не изолированы электрически, но могут быть запитаны магнитным полем, как и наш стандартный трансформатор, что позволяет пропорционально распределять напряжение и ток по секциям в зависимости от соотношения обмоток между выводами.

Как сделать автотрансформатор

Автотрансформатор может быть построен с использованием тех же расчетов, что и для обычного понижающего трансформатора, за исключением вторичной обмотки.

На самом деле сделать автотрансформатор намного проще, чем стандартный трансформатор, поскольку здесь мы можем исключить вторичную обмотку и использовать одну первичную обмотку на 300 В или 400 В.

Итак, в основном, выполните все шаги, описанные в следующей статье, просто пропустите вычисления вторичной стороны и выполните вычисления только первичной стороны 220 В.

Детали обмотки

Используйте 400 В для первичного напряжения и 1 ампер для тока. После намотки вы можете прикрепить ответвители через различные интервалы обмотки для получения желаемого повышенного или пониженного напряжения.

Преимущества и недостатки автотрансформатора

В обмотке автотрансформатора у нас обычно есть минимум 3 отвода, которые электрически завершены как выходы.

В связи с тем, что одна обмотка выполняет функции как первичной, так и вторичной обмотки, автотрансформаторы имеют большее преимущество, заключающееся в том, что они меньше по размеру, легче по весу и более доступны по сравнению с обычными понижающими трансформаторами с двумя обмотками.

Однако недостаток автотрансформатора проистекает из того факта, что ни один из его выходов обмотки не изолирован от сети переменного тока и может вызвать смертельный удар при прикосновении к нему во включенном состоянии.

Среди других преимуществ автотрансформаторов - пониженное реактивное сопротивление утечки, уменьшенные потери, более низкий ток возбуждения и повышенная номинальная мощность в ВА для любого существующего размера и объема.

Заявление

Хорошим примером применения автотрансформатора является преобразователь напряжения для туристов, который позволяет путешественнику подключать приборы на 230 В к источникам питания на 120 вольт или наоборот.

Автотрансформатор, имеющий несколько выходных отводов, можно использовать для адаптации напряжения в конце расширенной распределительной цепи для противодействия любому перепаду напряжения. Этой же ситуацией можно управлять автоматически через электронную схему переключения.

Обычно это реализуется с помощью АРН или автоматического регулятора напряжения, который автоматически переключает различные ответвления автотрансформатора через реле или симисторы для компенсации выхода в ответ на изменения линейного напряжения.

Как это устроено

Как обсуждалось выше, автотрансформатор включает только одну обмотку с 2 концевыми выводами.

Между ними может быть один или несколько выводов в качестве точек ответвления для повышения / понижения напряжения через точки ответвления. В автотрансформаторе первичная (входная) и вторичная (выходная) части катушек имеют общие витки.

Эта часть обмотки, разделяемая на две первичной и вторичной обмоток, обычно называется «общей секцией».

Принимая во внимание, что часть обмотки, отходящая от этой «общей секции», или секция, которая не разделяется на первичную и вторичную, обычно называется «последовательной секцией».

Первичное (входное) напряжение питания подключается к двум соответствующим клеммам, номинальные или технические характеристики которых соответствуют диапазону входного питания.

Вторичное (выходное) напряжение получается от пары клемм или ответвлений, одна конкретная клемма среди них обычно является общей как для входа, так и для клеммы выходного напряжения.

В автотрансформаторе, поскольку вся отдельная обмотка соответствует его характеристикам, его вольт на оборот одинакова для всех точек касания. Это означает, что напряжение, наведенное на каждой из секций ответвления, будет пропорционально количеству ее витков.

Из-за магнитной индукции между обмоткой и сердечником напряжение и ток будут пропорционально добавляться или вычитаться по обмотке, в зависимости от количества витков.

Например, нижние точки ответвлений будут показывать пониженные напряжения и увеличенный ток по отношению к общей линии заземления, а верхние точки ответвлений будут показывать более высокие напряжения и более низкий ток по отношению к общей линии заземления.

Самый верхний отвод в последовательной секции будет показывать напряжение выше входного напряжения питания.

Однако передаваемая входная и выходная мощность будет одинаковой. Это означает, что произведение напряжения и тока или V x I всегда будет равным для входной и выходной секций.

Как рассчитать напряжение и количество оборотов

Поскольку параметры напряжение, ток и количество витков пропорциональны по своей природе, формула для расчета силы тока, напряжения и числа витков определяется простой универсальной формулой, приведенной ниже:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Давайте посмотрим на следующий пример. Для определения остальных параметров при расчете автотрансформатора важно иметь как минимум два параметра.

Здесь у нас есть количество витков и напряжение для первичной или входной стороны автотрансформатора, но мы не знаем параметров на выходной стороне или стороне нагрузки.

Теперь предположим, что мы хотим, чтобы отвод N7 на выходной стороне производил 300 В переменного тока через входной 220 В. Следовательно, мы можем рассчитать следующим простым способом:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 х 300/220 = 681 виток.

Это означает, что если обмотка N7 имеет 681 виток, она будет вырабатывать необходимые 300 В при подаче на вход 220 В переменного тока.

Точно так же, если мы хотим, чтобы обмотка N2 генерировала напряжение, скажем, 24 В, то количество витков на этом участке ответвления можно рассчитать по той же формуле:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 х 500 = 220 х N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 витков

Как рассчитать текущий рейтинг

Для расчета номинального тока выходной стороны автотрансформатора мы также должны знать номинальный ток боковой обмотки 220 В. Скажем, это 2 А, тогда ток через обмотку N7 можно рассчитать по следующей базовой формуле мощности:

V1 x I1 = V7 x I7

220 х 2 = 300 х I7

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

Это показывает, что в автотрансформаторе или любом типе трансформатора выходная мощность в идеале почти равна входной мощности.

Как превратить обычный трансформатор в автотрансформатор

Как обсуждалось в предыдущих параграфах этой статьи, обычный трансформатор включает в себя две отдельные обмотки, которые электрически изолированы, образуя соответствующие первичную и вторичную стороны.

Поскольку две стороны обмотки электрически изолированы, становится невозможным генерировать индивидуальные повышенные и пониженные сетевые напряжения переменного тока от этих трансформаторов, в отличие от автотрансформатора.

Однако при небольшой модификации блока обычный трансформатор в значительной степени можно было бы превратить в автотрансформатор. Для этого нам просто нужно соединить провода первичной стороны с проводами вторичной стороны в формате s, как показано на следующей схеме:

Здесь мы находим обычный понижающий трансформатор 25–0–25 В / 220 В, который можно преобразовать в удобный небольшой автотрансформатор, просто соединив соответствующие вторичные / первичные провода.

После того, как провода соединены показанным образом, модифицированный автотрансформатор позволяет пользователю получить повышенное напряжение сети 220 + 25 = 245 В переменного тока или пониженное напряжение сети 220-25 = 195 В переменного тока на выходах от соответствующих выходных проводов.