Funktionsprinzip des Spartransformators

Das Funktionsprinzip des Spartransformators und der Konstruktion ähnelt dem herkömmlicher Zweiwicklungstransformatoren. Es unterscheidet sich jedoch in der Art und Weise, in der das primäre und das sekundäre miteinander zusammenhängen.
In einem Zweiwicklungstransformator sind Primär und Sekundär nur durch einen gemeinsamen Kern magnetisch miteinander verbunden, aber vollständig voneinander isoliert. Im Falle eines Autotransformators sind die Wicklungen jedoch sowohl elektrisch als auch magnetisch verbunden.
Es besteht aus nur einer Wicklung, die auf einen laminierten Magnetkern gewickelt ist, mit einem rotierenden beweglichen Kontakt. Der gleiche Autotransformator kann als Abwärts- oder Aufwärtstransformator verwendet werden.

Der Schaltplan eines Autotransformators ist in Abbildung dargestellt. Wenn die einphasige Wechselstromversorgung zwischen A- und D-Klemmen angeschlossen ist und der Ausgang von C- und E-Klemmen stammt, arbeitet dieser Autotransformator als Abwärtstransformator.
Weil die Anzahl der Windungen in der Wicklung zwischen A- und D-Anschluss (d.h. primärwicklung) ist mehr als die Anzahl der Windungen in der Wicklung zwischen C- und E-Anschluss (d. H. Sekundärwicklung).
Wenn andererseits die einphasige Wechselstromversorgung zwischen den Klemmen B und D angeschlossen und der Ausgang von den Klemmen C und E entnommen wird, arbeitet derselbe Autotransformator als Aufwärtstransformator.
Weil die Anzahl der Windungen in der Wicklung zwischen B- und D-Anschluss (d. H. Primärwicklung) geringer ist als die Anzahl der Windungen in der Wicklung zwischen C- und E-Anschluss (d. h. Sekundärwicklung). Wir können kleine Variationen der Ausgangsspannung vornehmen, indem wir den Ausgang von verschiedenen Tapings des Autotransformators nehmen.

Der Strom im Wicklungsabschnitt eines automatischen Transformators, der beiden Wicklungen gemeinsam ist (CD), ist minimal (I1 – I2). Daher ist die Querschnittsfläche dieses Wickeldrahtes minimal.

Elektrisch transformierte Energie im Spartransformator

In einem Spartransformator wird Energie auf zwei Arten in die Last umgewandelt, sowohl elektrisch als auch magnetisch (oder induktiv). Es kann bewiesen werden, dass
induktiv transformierte Leistung = Eingangsleistung (1 – K)
und die elektrisch transformierte Leistung = K × Eingangsleistung

Einsparung von Kupfer in einem Spartransformator

Es ist offensichtlich, dass das in einem Spartransformator erforderliche Kupfergewicht geringer ist als das eines gewöhnlichen Zweiwicklungstransformators. Es kann mathematisch bewiesen werden, dass das in einem Spartransformator (Wa) erforderliche Kupfergewicht:
Wa = (1 – K) × Wo
∴ Einsparung = Wo – Wa
= Wo − (1 − K) Wo = KWo
∴ Einsparung = K × Wo
Wobei Wa = Gewicht von Cu im Spartransformator,
Wo = Gewicht von Cu ist ein gewöhnlicher Transformator,
K = Übersetzungsverhältnis.
Es ist klar, dass die Einsparung zunehmen wird, wenn sich K der Einheit nähert.

Vorteile / Nachteile / Anwendungen des Autotransformators

Vorteile eines Autotransformators

• Kontinuierlich variierende spannung erhalten werden.
• Er benötigt weniger Kupfer und ist effizienter als ein Zweiwicklungstransformator gleicher Nennleistung.

Nachteile eines Autotransformators
Wenn die Wicklung (CE) bricht (kurzgeschlossen), geht die Transformatorwirkung verloren und am Ausgang erscheint die volle Primärspannung. Es kann schädlich für die Last sein, wenn wir einen Autotransformator als Abwärtstransformator verwenden. Deshalb wird ein Autotransformator verwendet, um nur kleine Variationen der Ausgangsspannung zu erzeugen, während er als Abwärtstransformator verwendet wird.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil eines Spartransformators besteht darin, dass der Sekundärleiter nicht elektrisch von seinem Primärleiter isoliert ist. Wenn wir es als Abwärtstransformator verwenden, kann die Sekundärseite einen schweren elektrischen Schlag verursachen, selbst wenn sie eine sehr kleine Spannung erzeugt (z. B. 25 V). Weil es elektrisch nicht vom Stromnetz getrennt (d. h. An das Stromnetz angeschlossen) ist.
Um diese Konzepte klarer zu verstehen, nehmen wir an, wir möchten eine 30-Wechselstrom-Versorgung aus dem 220-V-Netz erhalten. Wir können eine 30-V-Wechselstromversorgung mit einem 220/30-V-Abwärtstransformator oder einem 220/30-V-Spartransformator erhalten.
Aber die letztere Option wird im Allgemeinen vermieden, weil:

• Die Einsparung von Kupfer wird sehr gering sein.
• Wenn ein Fehler auftritt, erscheinen 220 V an den Sekundärklemmen und zerstören die an die Sekundärklemme angeschlossenen Geräte.
• Wenn unser System ordnungsgemäß funktioniert, d. H. 30 V versorgt, kann jeder, der den Sekundäranschluss des Transformators (30 V) berührt, in einigen Situationen einen schweren Stromschlag erleiden, da er nicht vom Stromnetz getrennt ist.

Wenn wir einen Abwärtstransformator verwenden, können wir den Sekundäranschluss des Betriebstransformators leicht berühren, da sein Spannungspegel sehr niedrig ist (30 V) und sein Primär- und Sekundärpegel vollständig elektrisch voneinander isoliert sind. Das heißt, es gibt keine elektrische Verbindung zwischen dem primären und dem sekundären. Die Leistung wird nur durch magnetischen Fluss von einem Stromkreis auf den zweiten Stromkreis übertragen.
Anwendungen eines Autotransformators
Die Autotransformatoren werden

• als Starter für Induktionsmotoren und Synchronmotoren verwendet, die als Autotransformatorstarter bekannt sind.
• in Laboren zur Erzielung einer kontinuierlich variierenden Spannung.
• in Spannungsstabilisatoren als Regeltransformatoren eingesetzt.
• als Booster-Transformator zur Erhöhung der Spannung in AC-Speisern.

Vielen Dank für das Lesen über das Arbeitsprinzip des Spartransformators.

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