Autotransformatory

Autotransformator jest specjalną odmianą transformatora, w której połączono uzwojenia pierwotne i wtórne rezygnując z galwanicznego rozdzielenia obwodów.
Gdy stronę pierwotną autotransformatora o liczbie zwojów Z1 zasilimy napięciem U1 to po stronie wtórnej o liczbie zwojów Z2 otrzymamy napięcie U2 zgodnie z przekładnią:

gdzie: ϑ - przekładnia autotransformatora; U1,U2 – napięcia pierwotne i wtórne; Z1,Z2 – liczby zwojów uzwojeń pierwotnego i wtórnego

 

Schematy transformatora i autotransformatora.

Na skutek galwanicznego połączenia obydwu uzwojeń uzyska się mniejsze zużycie ilości żelaza i miedzi do budowy autotransformatora. Ma to wpływ na zmniejszenie strat i wzrost sprawności autotransformatora, a w efekcie zmniejszenie masy, gabarytów i ceny.
Z porównania transformatora i autotransformatora o tych samych mocach przechodnich (wyjściowych), S_PRZECH wynika iż autotransformator ma mniejszą moc własną (budowy) S_WT :

a zatem jest lżejszy:

gdzie: SPRZECH – moc przechodnia (wyjściowa) autotransformatora; SWT – moc własna transformatora; mA, mT – masa odpowiednio autotransformatora i transformatora

Dla przykładu :

• jeśli moc przechodnia S_PRZECH = 100 kVA;
• napięcia pierwotne i wtórne U₁ = 230 V, U₂ = 115 V
• to moc własna (budowy) autotransformatora
• i odpowiednio stosunek masy autotransformatora do transformatora
   

Wynika stąd że do transformacji mocy 100 kVA przy zastosowaniu autotransformatora obniżającego wystarczy rdzeń odpowiadający mocy transformatora 50 kVA, a waga autotransformatora wyniesie około 60% wagi transformatora 100 kVA.

Zmniejszenie masy i gabarytów autotransformatora stanowi jego zaletę w porównaniu z transformatorem. Jednak autotransformatory posiadają też wady :

• galwaniczne połączenie obwodów pierwotnego i wtórnego autotransformatora, które powoduje iż wszelkie zakłócenia, przepięcia przenoszą się bezpośrednio na drodze przewodzenia do obwodu wtórnego.
• wszystkie zwarcia doziemne w sieci elektroenergetycznej są przenoszone przez autotransformatory, co może powodować ryzyko obniżenia poziomu bezpieczeństwa użytkowników.
• niższe napięcie zwarcia autotransformatora w porównaniu z transformatorem spowodowane niższą impedancją uzwojeń autotransformatora w porównaniu z transformatorem.:

gdzie: U_ZA, U_ZT – napięcia zwarcia odpowiednio autotransformatora i transformatora.

Dlatego zastosowanie autotransformatorów jest ograniczone. Znajdują one zastosowanie min. w systemach elektroenergetycznych do połączeń sieci o różnych poziomach napięć, w układach rozruchu dużych silników indukcyjnych klatkowych, w zastosowaniach laboratoryjnych, wszędzie tam gdzie dopuszcza się brak galwanicznego rozdziału obwodów pierwotnego i wtórnego oraz gdzie korzyści płynące z mniejszej masy i strat przewyższają nakłady związane z ograniczeniem prądu zwarcia.
Np. nie dopuszcza się stosowania autotransformatorów do zasilania urządzeń górniczych, medycznych czy okrętowych.

Autotransformator ELHAND typu EA3M-8/30kVA.
 

drukuj