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:

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

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

při sestupném transformačním poměru:

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

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

Reference

↑ NEČÁSEK, Sláva. Radiotechnika do kapsy. Praha 1: SNTL, 1981. Kapitola Autotransformátor, s. 170.
↑ TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. vyd. [s.l.]: Europa-Sobotáles, 2014. 624 s. ISBN 978-3-8085-3034-4. S. 413,415.

Literatura

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

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu Autotransformátor na Wikimedia Commons

[Radio-1] NEČÁSEK, Sláva. Radiotechnika do kapsy. Praha 1: SNTL, 1981. Kapitola Autotransformátor, s. 170.

[2] TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. vyd. [s.l.]: Europa-Sobotáles, 2014. 624 s. ISBN 978-3-8085-3034-4. S. 413,415.

[1]

[2]