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.

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

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

Regulační autotransformátor

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. Poloha jezdce určuje velikost sekundárního napětí (obdoba jezdce u drátových potenciometrů).

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

Výpočty pro autotransformátor

Průchozí výkon:

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

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:

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

Sekundární proud:

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

Proud procházející společným vinutím:

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

Proud rozdílové části vinutí

1. při sestupném transformačním poměru:

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

1. při vzestupném poměru:

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

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

Transformátorem přenášený výkon (též vnitřní nebo typový výkon):

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

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:

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

Průměr vodiče primární (rozdílové) části:

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

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

Literatura

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

Externí odkazy

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