Autotransformátor

Schéma autotransformátoru. Vlevo primární napětí (síť), vpravo napětí odbočky („sekundární napětí“).

© Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons)

Autotransformátor se sekundárním napětím 0-220 V, max. 4 A

(c) C J Cowie from en.wikipedia.org, CC BY-SA 3.0

Regulační autotransformátor

Autotransformátor je v elektrotechnice typ transformátoru, u kterého je pro primární i sekundární vinutí používána společná cívka – vinutí. Proto sekundární vinutí v podstatě odpadá a zůstává zde pouze jediné vinutí s odbočkami. Autotransformátory často najdeme v elektrických laboratořích, kde odpadá nevýhoda absence galvanického oddělení primárního a sekundárního obvodu a kde se používají jako regulovatelné zdroje střídavého napětí. Používá se také v dopravě při pohonu trakčních kolejových vozidel (elektrických lokomotiv), kde je hlavní výhodou menší hmotnost tohoto typu transformátoru.

Základní údaje

Název autotransformátor je v češtině i v angličtině odvozen od autoindukce (vlastní indukce v jediné cívce). Z mechanického hlediska jde o cívku na železném jádře s odbočkami pro primární a pro sekundární napětí. Společnou částí vinutí prochází jen rozdíl primárního a sekundárního proudu ( I₁ - I₂). Výhodou autotransformátoru proti transformátoru je, že při stejném výkonu má menší hmotnost železného jádra a menší hmotnost vinutí (mědi). Průřez jádra se volí jen podle výkonu průchozího (rozdílového), nikoli podle výkonu odebíraného. Nevýhodou autotransformátoru je, že nezajišťuje galvanické oddělení primárního a sekundárního obvodu (obě vinutí jsou spojena), což však u výslovně síťových spotřebičů většinou nevadí.

Regulační autotransformátor (též variak) umožňuje plynulé nastavení sekundárního napětí (někdy nastavován elektrickým pohonem). Obvykle se k tomu používá prstencové železné jádro (toroid), takže odbočka sekundárního vinutí může být realizována pomocí pohyblivého otočného jezdce (sběrače), obvykle vyrobeného z grafitu.^[1] Poloha jezdce určuje velikost sekundárního napětí (obdoba jezdce u drátových potenciometrů).

V principu se autotransformátor chová jako indukční dělič napětí.^[2] Společná část vinutí je zatížená (zapojená paralelně k zátěži) a rozdílová část vinutí je zapojená sériově.

Výpočty pro autotransformátor

Průchozí výkon:

${\displaystyle P_{p}=U_{s}I_{s}\approx U_{p}I_{p}}$

kde P_p je průchozí výkon, U_s je sekundární napětí, I_s je proud odbočky („sekundární“ proud), U_p je primární napětí a I_p je primární proud.

Primární proud:

${\displaystyle I_{p}={\frac {P_{p}}{U_{p}}}}$

Sekundární proud:

${\displaystyle I_{s}={\frac {P_{s}}{U_{s}}}}$

Proud procházející společným vinutím:

${\displaystyle I_{s}'=I_{s}-I_{p}}$

Proud rozdílové části vinutí

1. při sestupném transformačním poměru:

${\displaystyle I_{r}\approx I_{p}}$

1. při vzestupném poměru:

${\displaystyle I_{r}\approx I_{s}}$ Napětí rozdílového vinutí:

${\displaystyle U_{r}=U_{p}-U_{s}}$

Transformátorem přenášený výkon (též vnitřní nebo typový výkon):

${\displaystyle P_{v}=P_{p}\left(1-{\frac {U_{s}}{U_{p}}}\right)}$

kde P_p je příkon.

Pro autotransformátor můžeme volit větší proudovou hustotu ve vinutí, např. J = 3 až 3,2 A/mm.

Průměr vodiče společné části:

${\displaystyle d_{s}={\sqrt {\frac {I_{s}}{0{,}785\cdot J}}}}$

Průměr vodiče primární (rozdílové) části:

${\displaystyle d_{p}={\sqrt {\frac {I_{r}}{0{,}785\cdot J}}}}$

Využití

Autotransformátory často najdeme jako regulovatelné zdroje střídavého napětí v elektrických laboratořích. Používá se také v trakčních kolejových vozidlech (elektrické lokomotivy), kde je hlavní výhodou menší hmotnost autotransformátoru.

Odkazy

Reference

Literatura

• Ottův slovník naučný nové doby, heslo Autotransformátory. Sv. 1, str. 375

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Autotransformátor na Wikimedia Commons