Autotrasformatori: dispositivo, principi, vantaggi e svantaggi

Scopo, dispositivo e principio di funzionamento degli autotrasformatori

In alcuni casi è necessario variare la tensione su un piccolo intervallo. Il modo più semplice per farlo non lo è trasformatori a doppio avvolgimentoe singoli avvolgimenti chiamati autotrasformatori. Se il fattore di trasformazione è leggermente diverso dall'unità, la differenza tra l'entità delle correnti negli avvolgimenti primari e secondari sarà piccola. Cosa succede se unisci le due bobine? Otterrai uno schema di un autotrasformatore (Fig. 1).

Gli autotrasformatori sono classificati come trasformatori per usi speciali. Gli autotrasformatori differiscono dai trasformatori in quanto il loro avvolgimento a bassa tensione fa parte dell'avvolgimento ad alta tensione, ovvero i circuiti di questi avvolgimenti non hanno solo una connessione magnetica, ma anche galvanica.

A seconda dell'inclusione degli avvolgimenti dell'autotrasformatore, può verificarsi un aumento o una diminuzione della tensione.

Riso.1 Schemi di autotrasformatori monofase: a-step-down, b-step-up.

Se colleghi una sorgente di tensione alternata ai punti A e X, nel nucleo apparirà un flusso magnetico alternato. Un EMF della stessa grandezza sarà indotto in ciascuna delle spire della bobina. Ovviamente tra i punti a e X ci sarà una FEM pari alla FEM di un giro moltiplicato il numero di spire chiuse tra i punti a e X.

Se si attacca alla bobina nei punti a e X qualsiasi carico, la corrente secondaria I2 passerà attraverso parte della bobina e si trova tra i punti a e X. Ma poiché la corrente primaria passa attraverso le stesse spire I1, allora le due correnti si sommerà geometricamente e lungo la sezione aX scorrerà una piccolissima quantità di corrente, determinata dalla differenza tra queste correnti. Ciò consente di tagliare una parte dell'avvolgimento da un filo di piccolo calibro per risparmiare rame. Se consideriamo che questa sezione costituisce la maggior parte di tutti i turni, allora l'economia del rame è molto evidente.

Pertanto, è consigliabile utilizzare autotrasformatori per diminuire o aumentare leggermente la tensione, quando viene impostata una corrente ridotta nella parte dell'avvolgimento, che è comune a entrambi i circuiti dell'autotrasformatore, che consente di fare con un filo più sottile e risparmiare materiali non ferrosi metalli. Allo stesso tempo diminuisce il consumo di acciaio per la produzione di un circuito magnetico la cui sezione è inferiore a quella di un trasformatore.

Nei convertitori di energia elettromagnetica - trasformatori - il trasferimento di energia da una bobina all'altra viene effettuato da un campo magnetico, la cui energia è concentrata nel circuito magnetico.Negli autotrasformatori l'energia viene trasmessa sia attraverso un campo magnetico che attraverso un collegamento elettrico tra l'avvolgimento primario e quello secondario.

Trasformatore e autotrasformatore

Gli autotrasformatori competono con successo con i trasformatori a due avvolgimenti quando il loro rapporto di trasformazione è leggermente diverso dall'unità ed è superiore a 1,5 — 2. Quando il rapporto di trasformazione è superiore a 3, gli autotrasformatori non sono giustificati.

Strutturalmente, gli autotrasformatori praticamente non differiscono dai trasformatori. Ci sono due bobine sui nuclei del circuito magnetico. I cavi sono presi da due avvolgimenti e un punto comune.La maggior parte delle parti dell'autotrasformatore sono strutturalmente indistinguibili dalle parti del trasformatore.

Autotrasformatori da laboratorio (LATR)

Gli autotrasformatori sono utilizzati anche nelle reti a bassa tensione come regolatori di tensione di laboratorio a bassa potenza (LATR). In tali autotrasformatori, la regolazione della tensione viene effettuata spostando il contatto strisciante lungo le spire dell'avvolgimento.

Gli autotrasformatori monofase controllati in laboratorio sono costituiti da un circuito magnetico ferromagnetico anulare avvolto da un singolo strato di filo di rame isolato (Fig. 2).

Da questo avvolgimento vengono ricavate diverse prese costanti, che consentono a questi dispositivi di essere utilizzati come autotrasformatori step-down o step-up con un certo rapporto di trasformazione costante. Inoltre, sulla superficie della bobina, ripulita dall'isolamento, è presente uno stretto percorso lungo il quale si muove il contatto della spazzola o del rullo per ottenere una tensione secondaria regolabile in continuo da zero a 250 V.

Quando le spire adiacenti sono chiuse in LATR, non si verifica alcuna chiusura delle spire poiché le correnti di linea e di carico nell'avvolgimento combinato dell'autotrasformatore sono vicine tra loro e in direzioni opposte.

Gli autotrasformatori da laboratorio sono prodotti con una potenza nominale di 0,5; 1; 2; 5; 7,5kVA.

Schema di un autotrasformatore monofase controllato in laboratorio

Autotrasformatore da laboratorio (LATR)

Autotrasformatori trifase

Insieme agli autotrasformatori monofase a due avvolgimenti, vengono spesso utilizzati autotrasformatori trifase a due avvolgimenti e trifase a tre avvolgimenti.

Negli autotrasformatori trifase, le fasi sono solitamente collegate a stella con un punto neutro appuntito (Fig. 3). Se è necessario ridurre la tensione, l'energia elettrica viene fornita ai terminali A, B, C e prelevata dai terminali a, b, s, e con un aumento della tensione - viceversa. Sono utilizzati come dispositivi di riduzione della tensione all'avvio di motori potenti, nonché per la regolazione graduale della tensione del terminale. elementi riscaldanti forni elettrici.

Riso. 3. Schema di un autotrasformatore trifase con collegamento a stella delle fasi dell'avvolgimento con punto neutro rimosso

I trasformatori ad alta tensione trifase con tre avvolgimenti vengono utilizzati anche nelle reti elettriche ad alta tensione.

Gli autotrasformatori trifase, di norma, sul lato della tensione più elevata sono collegati a una stella con un filo neutro. Il collegamento a stella fornisce la caduta di tensione per la quale è progettato l'isolamento dell'autotrasformatore.

L'uso di autotrasformatori migliora l'efficienza dei sistemi energetici, riduce i costi di trasmissione dell'energia, ma porta ad un aumento delle correnti di corto circuito.

Svantaggi degli autotrasformatori

Lo svantaggio dell'autotrasformatore è la necessità di isolare i due avvolgimenti per tensioni più elevate, poiché gli avvolgimenti sono collegati elettricamente.

Uno svantaggio significativo degli autotrasformatori è la connessione galvanica tra i circuiti primario e secondario, che non consente loro di essere utilizzati come alimentatori in reti da 6-10 kV quando la tensione scende a 0,38 kV, poiché vengono forniti 380 V all'apparecchiatura su cui le persone lavorano.

In caso di guasti dovuti alla presenza di un collegamento elettrico tra gli avvolgimenti dell'autotrasformatore, la tensione maggiore può essere applicata all'avvolgimento inferiore. In questo caso, tutte le parti dell'impianto operativo saranno collegate alla parte ad alta tensione, il che non è consentito a causa della sicurezza della manutenzione e della possibilità di rompere l'isolamento delle parti conduttive delle apparecchiature elettriche collegate.

Autotrasformatori ad alta tensione