Il principio di funzionamento dell’autotrasformatore e della costruzione è simile a quello dei convenzionali due trasformatori di avvolgimento. Tuttavia, differisce nel modo in cui il primario e il secondario sono correlati.
In un trasformatore a due avvolgimenti, primario e secondario sono collegati magneticamente solo da un nucleo comune ma sono completamente isolati l’uno dall’altro. Ma nel caso di un trasformatore automatico gli avvolgimenti sono collegati elettricamente e magneticamente.
È costituito da un solo avvolgimento avvolto su un nucleo magnetico laminato, con un contatto mobile rotante. Lo stesso trasformatore automatico può essere utilizzato come trasformatore step-down o step-up.
Lo schema elettrico di un trasformatore automatico è mostrato in Figura. Quando l’alimentazione CA monofase è collegata tra i terminali A e D e l’uscita viene prelevata dai terminali C ed E, questo trasformatore automatico funzionerà come trasformatore step-down.
Perché il numero di giri nell’avvolgimento tra il terminale A e D (cioè avvolgimento primario) è superiore al numero di giri nell’avvolgimento tra il terminale C ed E (cioè l’avvolgimento secondario).
D’altra parte, quando l’alimentazione CA monofase è collegata tra i terminali B e D e l’uscita viene prelevata dai terminali C ed E, lo stesso trasformatore automatico funzionerà come trasformatore step-up.
Perché il numero di giri nell’avvolgimento tra il terminale B e D (cioè l’avvolgimento primario) è inferiore al numero di giri nell’avvolgimento tra il terminale C ed E (cioè l’avvolgimento secondario). Possiamo fare piccole variazioni nella tensione di uscita prendendo l’uscita da diversi tapings del trasformatore automatico.
La corrente nella sezione di avvolgimento di un trasformatore automatico, che è comune a entrambi gli avvolgimenti (CD) è minima (I1 – I2). Pertanto, l’area della sezione trasversale di quel filo di avvolgimento è minima.
Energia trasformata elettricamente in Autotrasformatore
In un autotrasformatore, l’energia viene trasformata nel carico con due mezzi, sia elettricamente che magneticamente (o induttivamente). Può essere dimostrato che
potenza trasformata induttivamente = potenza di ingresso(1 − K)
e la potenza trasformata elettricamente = K × alimentazione in ingresso
Risparmio di Rame in un Autotrasformatore
è ovvio che il peso di rame necessaria in un autotrasformatore sarà inferiore a quello di un normale due avvolgimenti del trasformatore. Si può dimostrare matematicamente che il peso del rame richiesto in un autotrasformatore (Wa) sarà:
Wa = (1 − K) × Wo
Saving Saving = Wo − Wa
= Wo − (1 − K) Wo = KWo
Saving Saving = K × Wo
Dove Wa = peso di Cu in autotrasformatore,
Wo = peso di Cu è un trasformatore ordinario,
K = rapporto di trasformazione.
È chiaro, il risparmio aumenterà man mano che K si avvicina all’unità.
Vantaggi | svantaggi / Applicazioni del trasformatore automatico
Vantaggi di un trasformatore automatico
- È possibile ottenere una tensione variabile in continuo.
- Ha bisogno di meno rame ed è più efficiente di un trasformatore a due avvolgimenti delle stesse valutazioni.
Svantaggi di un trasformatore automatico
Se l’avvolgimento (CE) si rompe (circuito aperto), l’azione del trasformatore viene persa e la tensione primaria completa appare attraverso l’uscita. Può essere dannoso per il carico quando si utilizza un trasformatore automatico come trasformatore step-down. Questo è il motivo per cui un trasformatore automatico viene utilizzato solo per fare piccole variazioni nella tensione di uscita durante l’utilizzo come trasformatore step-down.
Un altro svantaggio principale di un autotrasformatore è che il secondario non è isolato elettricamente dal suo primario. Quando lo usiamo come trasformatore step-down, il secondario può causare gravi scosse elettriche, anche se fa una tensione molto piccola (diciamo 25 V). Perché non è elettricamente isolato dalla rete (cioè collegato alla rete).
Per comprendere più chiaramente questi concetti, supponiamo di voler ottenere un’alimentazione a 30 AC dalla rete a 220 V. Possiamo ottenere un’alimentazione a 30 V CA utilizzando un trasformatore step down da 220/30 V o un autotrasformatore da 220/30 V.
Ma quest’ultima opzione è generalmente evitata perché:
- Il risparmio in rame sarà molto piccolo.
- Se si verifica un guasto, 220 V apparirà attraverso i terminali secondari e distruggerà i dispositivi collegati al secondario.
- Quando il nostro sistema funziona correttamente cioè dando 30 V di alimentazione, anche allora chiunque tocca il terminale secondario del trasformatore (30 V) può ottenere una scossa elettrica grave è alcune situazioni perché non è isolato dalla rete.
Mentre quando usiamo un trasformatore step-down, possiamo facilmente toccare il terminale secondario del trasformatore operativo perché il suo livello di tensione è molto basso (30 V) e il suo primario e secondario sono completamente isolati elettricamente l’uno dall’altro. Cioè, non esiste una connessione elettrica tra il primario e il secondario. La potenza viene trasferita da un circuito al secondo circuito solo dal flusso magnetico.
Applicazioni di un trasformatore automatico
I trasformatori automatici sono utilizzati
- come avviatori per motori asincroni e motori sincroni noti come avviatori di trasformatori automatici.
- nei laboratori per ottenere una tensione continuamente variabile.
- in stabilizzatori di tensione come trasformatori di regolazione.
- come trasformatore booster per aumentare la tensione negli alimentatori CA.
Grazie per aver letto sul principio di funzionamento dell’autotrasformatore.
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