Czym są autotransformatory?

Autotransformatorem nazywamy specjalną odmianę 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 napięciową.

W transformatorze moc przekazywana jest z obwodu pierwotnego do wtórnego za pośrednictwem pola magnetycznego. Przepływowi energii przez autotransformator towarzyszą zjawiska transformacji oraz przewodzenia. Przewodzenie jest wynikiem bezpośredniego połączenia obwodów pierwotnego i wtórnego autotransformatora.

Aby właściwie opisać pracę autotransformatora, jego moc pozorną przechodnią przedstawiono przy pomocy następujących składowych:

• moc własna SWA autotransformatora przenoszona do obwodu wtórnego tylko na drodze transformacji;
• moc przewodzenia SPA autotransformatora przekazywana do obwodu wtórnego poprzez przewodzenie.

Sumą mocy własnej i przewodzenia jest moc przechodnia, będąca mocą wyjściową autotransformatora.

Zalety autotransformatorów

O wymiarach autotransformatora decyduje jego moc własna, która przenoszona jest na drodze transformacji. Z porównania transformatora i autotransformatora o tych samych mocach przechodnich wynika, że autotransformator ma mniejszą moc własną, a zatem jest lżejszy.
Prąd w części wspólnej uzwojenia autotransformatora jest mały. Przekrój tej części uzwojenia może więc zostać zmniejszony, co prowadzi do znacznych oszczędności. Mniejsze ilości żelaza i miedzi użytych do budowy maszyny powodują występowanie mniejszych strat oraz wzrost sprawności autotransformatora.

Wady autotransformatorów

Autotransformatory mają też swoje wady, a konkretnie dwie, o których warto wspomnieć. Pierwsza to galwaniczne połączenie obwodów pierwotnego i wtórnego autotransformatora, którego efektem są wszelkie zakłócenia, czy przepięcia przenoszące się bezpośrednio na drodze przewodzenia do obwodu wtórnego. Niekorzystne jest również niskie napięcie zwarcia autotransformatora w porównaniu z transformatorem. Obniżenie napięcia zwarcia spowodowane jest znacznie niższą impedancją uzwojeń autotransformatora w porównaniu z transformatorem.

Zastosowanie

Autotransformatory znajdują zastosowanie m.in.:

• 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,
• w miejscach, gdzie korzyści płynące z mniejszej masy i strat przewyższają nakłady związane z ograniczeniem prądu zwarcia.

Co jeszcze warto wiedzieć?

Jednym ze sposobów rozruchu silników asynchronicznych klatkowych jest rozruch przy zasilaniu obniżonym napięciem. Napięcie obniża się w celu ograniczenia prądu rozruchowego. Metodę rozruchu za pomocą autotransformatora rozruchowego wykorzystuje się zwłaszcza w napędach dużych mocy, gdzie przełączenie z gwiazdy w trójkąt uzwojeń stojana jest technicznie trudne.

W założeniu rozruch autotransformatorowy przypomina rozruch z przełącznikiem gwiazda-trójkąt. Autotransformatory umożliwiają nam obniżyć napięcie na czas rozruchu silnika o dowolną wartość, dzięki czemu prąd pobierany z sieci nie przekroczy wartości zadanej.

W razie konieczności wykonuje się autotransformatory rozruchowe z kilkoma odczepami.
Przy doborze przekładni autotransformatora należy zawsze upewnić się, czy moment rozwijany przez silnik przy obniżonym napięciu jest większy od momentu oporu napędzanej maszyny.

Układ Korndorfera jest często stosowanym rozwiązaniem przy rozruchu silników asynchronicznych. Rozruch następuje w dwóch etapach, bez przerw beznapięciowych. W początkowej fazie rozruch silnika przebiega przy zasilaniu przez autotransformator obniżonym napięciem. Co warto dodać, prąd rozruchu ograniczany jest przez odpowiednio dobraną przekładnię autotransformatora.

W drugim etapie po rozłączeniu łącznika Q2 silnik zasilany jest z sieci przez szeregowo włączone indukcyjności części uzwojeń autotransformatora. Uzwojenia te pełnią funkcję dławików ograniczających prąd rozruchu. Po osiągnięciu przez silnik odpowiedniej prędkości obrotowej przełączając łącznik Q3, zasilamy silnik pełnym napięciem bezpośrednio z sieci.