Com funciona un autotransformador - Com fer-ho

Un autotransformador és un transformador elèctric que consisteix només en un bobinatge únic, continu i no aïllat, amb terminals a rosca en diversos punts del bobinat. La secció de bobinatge entre les aixetes que corresponen a la xarxa de corrent altern s’aplica amb l’alimentació de corrent altern, mentre que les claus restants s’utilitzen per obtenir les tensions de sortida desitjades, d’acord amb les seves relacions de bobinatge.

Aquestes tensions de sortida poden oscil·lar entre nivells superiors a la font d'alimentació d'entrada i inferiors a la xarxa de corrent altern d'entrada, en funció de la relació de gir del bobinat a través dels punts de presa corresponents.

La paraula 'automàtic' s'inspira en el terme grec 'jo' que es refereix al funcionament d'una bobina de bobina solitària a través de tot el transformador, sense implicar cap tipus de mecanisme automàtic.

En un autotransformador, les seccions tapades d’un sol bobinat continu funcionen tant com el bobinat primari com el bobinat secundari del transformador.

Diferència entre el transformador automàtic i el transformador pas a baix

Normalment, en qualsevol transformador de baixada estàndard trobem dues bobines de bobinatge completament separades en forma de bobinatge primari i secundari que estan aïllades elèctricament, però acoblades magnèticament entre elles, tal com es mostra a continuació.

Aquí, la proporció del bobinatge entre primari i secundari decideix la quantitat de voltatge i transferència de corrent entre els dos bobinats mitjançant inducció magnètica.

És a dir, si suposem que la primària té un nombre de voltes 10 vegades més gran que la secundària, una alimentació de 220 V CA a la primària provocarà una tensió inferior reduïda de 10 vegades a la secundària, igual a 220 V / 10 = 22 V.

De la mateixa manera, si s'aplica una CA de 22 V al secundari, es generarà un augment de 220 V al costat principal.

Contràriament a això, en un autotransformador hi ha un únic bobinatge continu dividit en diverses tensions de tensió, que determinen els diferents nivells de voltatge de tot el bobinatge, com es mostra a continuació.

Totes aquestes taps no estan aïllades elèctricament, però es poden energitzar magnèticament igual que el nostre transformador estàndard, permetent compartir una quantitat proporcional de tensió i corrent entre les seccions, en funció de les relacions de bobinatge entre les taps.

Com fer un autotransformador

Es pot construir un autotransformador utilitzant els mateixos càlculs que per a un transformador de baixada normal, excepte el costat secundari.

De fet, fer un autotransformador és molt més fàcil que el transformador estàndard, ja que aquí podem eliminar el bobinatge lateral secundari i utilitzar un únic bobinat continu primari de 300 V o 400 V.

Per tant, bàsicament, seguiu tots els passos explicats a l'article següent, només heu d'ometre els càlculs secundaris i implementeu només els càlculs principals de 220 V.

Detalls sinuosos

Utilitzeu 400 V per als voltatges primaris i 1 amp per al corrent. Un cop enrotllat, podeu fixar aixetes a diversos intervals del bobinatge per adquirir les tensions augmentades o baixades desitjades.

Avantatge i desavantatge d’un autotransformador

En un bobinat d'autotransformador, normalment tenim un mínim de 3 aixetes que es finalitzen elèctricament com a sortides.

A causa del fet que un únic bobinatge funciona tant com a primari com secundari, els autotransformadors tenen un avantatge millor de ser de mida més petita, de pes més lleuger i més assequibles que els transformadors convencionals de doble bobina convencionals.

Tanmateix, l’inconvenient d’un transformador d’automòbils es deu al fet que cap de les seves sortides de bobinatge està aïllada elèctricament de la xarxa de corrent altern i pot provocar un xoc letal quan es toca en estat d’engegada.

Entre els altres avantatges dels autotransformadors hi ha la seva reduïda reactància de fuites, les pèrdues reduïdes, el menor corrent d’excitació i la qualificació de VA millorada per a qualsevol dimensió i granel existents.

Aplicació

Un bon exemple d’aplicació d’autotransformador és el convertidor de tensió del turista, que permet al viatger connectar aparells de 230 V a fonts d’alimentació de 120 volts, o el contrari.

Es podria utilitzar un autotransformador amb diverses preses de sortida per adaptar la tensió al final d’un circuit de distribució ampliat per contrarestar qualsevol caiguda de tensió sobrant. La mateixa situació es podria controlar automàticament mitjançant un circuit de commutació electrònic.

Normalment s’implementa mitjançant un AVR o un regulador de voltatge automàtic, que commuta automàticament les diverses aixetes de l’autotransformador mitjançant relés o triacs, per compensar la sortida en resposta als canvis en la tensió de línia.

Com funciona

Com s'ha comentat anteriorment, un autotransformador inclou només un bobinatge amb 2 terminals finals.

Pot haver-hi un o més terminals entremig com a punts d’aixeta per obtenir els voltatges augmentats / baixats a través dels punts d’aixeta. En un autotransformador trobem que la secció primària (d’entrada) i secundària (de sortida) de les bobines tenen els seus torns en comú.

Aquesta és la part del sinuós compartida pels dos primaris i secundaris normalment coneguda com a 'secció comuna'.

Mentre que, la part del bobinatge que s’estén d’aquesta «secció comuna» o de la secció que no es comparteix entre la primària i la secundària se sol denominar «secció de sèries».

La tensió d'alimentació principal (d'entrada) es connecta a dos dels terminals adequats, la qualificació o especificació correspon al rang d'alimentació d'entrada.

La tensió secundària (de sortida) s'obté a partir d'un parell de terminals o preses de corrent, un terminal concret entre aquests sol ser comú, tant a la terminal de tensió d'entrada com a la de sortida.

En un autotransformador, atès que el bobinatge únic sencer és uniforme amb les seves especificacions, el seu volts per volta també és el mateix en tots els punts de punteria. Això vol dir que la tensió induïda a cadascuna de les seccions de l’aixeta serà proporcional al nombre de voltes.

A causa de la inducció magnètica a través del bobinatge i del nucli, la tensió i el corrent s’afegiran o restaran proporcionalment a través del bobinatge, en funció del nombre de voltes.

Per exemple, els punts de presa inferiors mostraran tensions reduïdes i augment de corrent en referència a la línia de terra comuna, mentre que els punts de presa superiors mostraran tensions més altes i corrent inferior respecte a la línia de terra comuna.

L'aixeta més alta de la secció de la sèrie mostrarà tensions superiors a la tensió d'alimentació d'entrada.

Tot i això, la transferència de potència d’entrada i sortida serà la mateixa. És a dir, el producte de tensió i corrent o V x I serà sempre igual per a les seccions d’entrada i sortida.

Com es calcula la tensió i els girs

Atès que els paràmetres voltatge, corrent i nombre de voltes són proporcionals, la fórmula per calcular l’amper, la tensió i el nombre de voltes es regeix per la fórmula universal simple que es mostra a continuació:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Vegem l’exemple següent. És essencial tenir almenys dos paràmetres a la mà, per determinar la resta de paràmetres mentre es calcula un autotramsformer.

Aquí tenim el nombre de voltes i el voltatge per al costat primari o d’entrada de l’autotransformador, però no coneixem els paràmetres del costat de sortida ni del costat de càrrega.

Ara, suposem que volem que l’aixeta N7 a la part de sortida produeixi 300 V CA, mitjançant l’entrada 220 V CA. Per tant, podem calcular de la següent manera senzilla:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 voltes.

Això implica que si el bobinatge N7 té 681 girs, produirà els 300 V necessaris quan s'apliqui una entrada de 220 V CA.

De la mateixa manera, si volem que l’enrotllament N2 generi una tensió, per exemple, 24 V, el nombre de voltes d’aquesta secció de la presa es podria calcular mitjançant la mateixa fórmula:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 voltes

Com es calcula la valoració actual

Per calcular la potència actual del costat de sortida d’un autotransformador, també hem de conèixer la potència actual del bobinatge lateral de 220 V. Suposem que es tracta de 2 amperes, aleshores el corrent del bobinatge N7 es podria calcular mitjançant la següent fórmula bàsica de potència:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

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

Això demostra que en un transformador automàtic o en qualsevol tipus de transformador, la potència de sortida és ideal, gairebé igual a la potència d’entrada.

Com convertir un transformador normal en un transformador automàtic

Com es va comentar en els paràgrafs anteriors d'aquest article, un transformador regular incorpora dos bobinats separats que estan aïllats elèctricament, formant els respectius costats primari i secundari.

Com que els dos costats de bobinatge estan aïllats elèctricament, es fa impossible generar tensions de xarxa de CA personalitzades augmentades i reduïdes a partir d’aquests transformadors, a diferència d’un autotransformador.

Tanmateix, amb una petita modificació a la unitat, un transformador normal es podria convertir en bona mesura en un autotransformador. Per a això, simplement necessitem interconnectar els cables laterals primaris amb els cables secundaris en format s, tal com es mostra al diagrama següent:

Aquí trobem un transformador reduït de 25-0-25 V / 220 V que es converteix en un petit autotransformador útil, simplement unint els cables secundaris / primaris rellevants.

Una vegada que els cables s’uneixen de la manera mostrada, l’autotransformador modificat permet a l’usuari adquirir una xarxa elèctrica incrementada 220 + 25 = 245 AC V, o una xarxa reduïda de 220-25 = 195 AC V sortint dels cables de sortida corresponents.