Πώς λειτουργεί ένας αυτομετασχηματιστής - Πώς να φτιάξετε

Ένας αυτομετασχηματιστής είναι ένας ηλεκτρικός μετασχηματιστής που αποτελείται από ένα μόνο, συνεχές, μη απομονωμένο τύλιγμα, με κτυπημένους ακροδέκτες σε διάφορα σημεία της περιέλιξης. Το τμήμα περιέλιξης ανάμεσα στις βρύσες που αντιστοιχούν στο δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος εφαρμόζεται με την παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος, ενώ οι υπόλοιπες βρύσες χρησιμοποιούνται για τη λήψη των επιθυμητών τάσεων εξόδου, σύμφωνα με τους λόγους περιέλιξης.

Αυτές οι τάσεις εξόδου μπορεί να κυμαίνονται από επίπεδα υψηλότερα από την τροφοδοσία εισόδου και χαμηλότερα από το ρεύμα εισόδου AC, ανάλογα με την αναλογία περιστροφής περιέλιξης στα σχετικά σημεία βρύσης.

Η λέξη «auto», είναι εμπνευσμένη από τον ελληνικό όρο «εαυτός» που σχετίζεται με τη λειτουργία ενός μοναχικού πηνίου περιέλιξης σε ολόκληρο τον μετασχηματιστή, χωρίς να περιλαμβάνει οποιοδήποτε είδος αυτόματου μηχανισμού.

Σε έναν αυτόματο μετασχηματιστή, τα κτυπημένα τμήματα μίας συνεχούς περιέλιξης λειτουργούν τόσο ως η κύρια περιέλιξη όσο και ως η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή.

Διαφορά μεταξύ του αυτόματου μετασχηματιστή και του μετασχηματιστή Step-Down

Συνήθως σε οποιονδήποτε τυπικό μετασχηματιστή βηματισμού βρίσκουμε δύο εντελώς ξεχωριστά πηνία περιέλιξης με τη μορφή πρωτεύουσας περιέλιξης και δευτερεύουσας περιέλιξης που είναι ηλεκτρικά απομονωμένα, αλλά μαγνητικά συνδεδεμένα μεταξύ τους, όπως φαίνεται παρακάτω.

Εδώ, η αναλογία της περιέλιξης μεταξύ πρωτογενούς και δευτερεύοντος αποφασίζει την ποσότητα της μεταφοράς τάσης και ρεύματος μεταξύ των δύο περιελίξεων μέσω μαγνητικής επαγωγής.

Δηλαδή, αν υποθέσουμε ότι το πρωτεύον έχει 10 φορές μεγαλύτερο αριθμό στροφών από το δευτερεύον, τότε ένα 220 V AC που τροφοδοτείται στο πρωτεύον θα προκαλέσει 10 φορές χαμηλότερη τάση σε όλο το δευτερεύον, ίσο με 220 V / 10 = 22 V.

Ομοίως, εάν ένα 22 V AC εφαρμόζεται στη δευτερεύουσα, θα προκαλέσει αύξηση 220 V στην πρωτεύουσα πλευρά.

Σε αντίθεση με αυτό, σε έναν αυτόματο μετασχηματιστή υπάρχει μία συνεχής περιέλιξη χωρισμένη σε διάφορες τάσεις, οι οποίες καθορίζουν τα διαφορετικά επίπεδα τάσης σε ολόκληρη την περιέλιξη, όπως φαίνεται παρακάτω.

Όλα αυτά τα εξαρτήματα δεν είναι ηλεκτρικά απομονωμένα, αλλά μπορούν να ενεργοποιηθούν μαγνητικά όπως και ο τυπικός μετασχηματιστής μας, επιτρέποντας αναλογική κατανομή τάσης και ρεύματος μεταξύ των τμημάτων, ανάλογα με τις αναλογίες περιέλιξης μεταξύ των δακτυλίων.

Πώς να φτιάξετε έναν αυτόματο μετασχηματιστή

Ένας αυτομετασχηματιστής μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τους ίδιους υπολογισμούς που έγιναν για έναν κανονικό μετασχηματιστή κατεβάσματος, εκτός από τη δευτερεύουσα πλευρά.

Στην πραγματικότητα, η κατασκευή ενός αυτόματου μετασχηματιστή είναι πολύ πιο εύκολη από τον τυπικό μετασχηματιστή, καθώς εδώ μπορούμε να εξαλείψουμε τη δευτερεύουσα πλευρική περιέλιξη και να χρησιμοποιήσουμε ένα μόνο πρωτεύον συνεχές τύλιγμα 300 V ή 400 V.

Βασικά λοιπόν, ακολουθήστε όλα τα βήματα που εξηγούνται στο επόμενο άρθρο, απλώς παραλείψτε τους δευτερεύοντες δευτερεύοντες υπολογισμούς και εφαρμόστε μόνο τους κύριους πλευρικούς υπολογισμούς 220 V.

Λεπτομέρειες περιέλιξης

Χρησιμοποιήστε 400 V για τα κύρια βολτ και 1 amp για το ρεύμα. Μόλις τυλίξετε, μπορείτε να συνδέσετε βρύσες σε διάφορα διαστήματα της περιέλιξης για να αποκτήσετε τις επιθυμητές τάσεις αύξησης ή μείωσης.

Πλεονέκτημα και μειονέκτημα ενός αυτόματου μετασχηματιστή

Σε μια περιέλιξη αυτόματου μετασχηματιστή έχουμε συνήθως τουλάχιστον 3 βρύσες που τερματίζονται ηλεκτρικά ως έξοδοι.

Λόγω του γεγονότος ότι μια απλή περιέλιξη λειτουργεί τόσο ως πρωτεύουσα όσο και ως δευτερεύουσα, οι αυτομετασχηματιστές έχουν καλύτερο πλεονέκτημα να είναι μικρότερου μεγέθους, ελαφρύτερου βάρους και πιο προσιτοί από τους τυπικούς συμβατικούς μετασχηματιστές διπλού περιέλιξης.

Ωστόσο, το μειονέκτημα ενός αυτόματου μετασχηματιστή προκύπτει από το γεγονός ότι καμία από τις εξόδους περιέλιξής του δεν είναι ηλεκτρικά απομονωμένη από εναλλασσόμενο ρεύμα και μπορεί να προκαλέσει θανατηφόρο σοκ όταν αγγίζεται σε κατάσταση swithed ON.

Μεταξύ των άλλων πλεονεκτημάτων των αυτομετασχηματιστών είναι η μειωμένη αντίδραση διαρροής, οι μειωμένες απώλειες, το χαμηλότερο ρεύμα διέγερσης και η βελτιωμένη βαθμολογία VA για οποιαδήποτε υπάρχουσα διάσταση και όγκο.

Εφαρμογή

Ένα καλό παράδειγμα μιας εφαρμογής αυτόματου μετασχηματιστή είναι ο μετατροπέας τάσης του τουρίστα, που επιτρέπει στον ταξιδιώτη να συνδέσει συσκευές 230 V σε πηγές τροφοδοσίας 120 volt ή το αντίθετο.

Ένας αυτομετασχηματιστής που έχει αρκετές βρύσες εξόδου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προσαρμογή της τάσης στο τέλος ενός εκτεταμένου κυκλώματος διανομής για την αντιμετώπιση τυχόν πτώσης τάσης πλεονασματικού. Η ίδια κατάσταση θα μπορούσε να ελεγχθεί αυτόματα μέσω ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος μεταγωγής.

Αυτό εφαρμόζεται συνήθως μέσω ενός AVR ή ενός αυτόματου ρυθμιστή τάσης, ο οποίος αλλάζει αυτόματα τις διάφορες βρύσες του αυτομετασχηματιστή μέσω ρελέ ή triacs, για την αντιστάθμιση της εξόδου σε απόκριση των αλλαγών στην τάση γραμμής.

Πως δουλεύει

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, ένας αυτομετασχηματιστής περιλαμβάνει μόνο μία περιέλιξη με 2 ακροδέκτες.

Ενδέχεται να υπάρχουν ένας ή περισσότεροι ακροδέκτες μεταξύ τους ως σημεία βρύσης για τη λήψη των αυξανόμενων / κάτω τάσεων στα σημεία βρύσης. Σε έναν αυτόματο μετασχηματιστή βρίσκουμε ότι η κύρια (είσοδος) και η δευτερεύουσα (έξοδος) ενότητα των πηνίων έχουν τις στροφές τους κοινές.

Αυτό το μέρος της περιέλιξης που μοιράζονται τα δύο κύρια και δευτερεύοντα είναι συνήθως, γνωστό ως «Κοινό τμήμα».

Ενώ, το τμήμα της περιέλιξης που εκτείνεται μακριά από αυτό το «κοινό τμήμα» ή το τμήμα που δεν μοιράζεται το πρωτεύον και το δευτερεύον είναι συνήθως γνωστό ως «τμήμα σειράς».

Η κύρια τάση τροφοδοσίας (είσοδος) συνδέεται σε δύο από τους κατάλληλους ακροδέκτες, των οποίων η βαθμολογία ή οι προδιαγραφές αντιστοιχούν στο εύρος τροφοδοσίας εισόδου.

Η δευτερεύουσα τάση (έξοδος) λαμβάνεται από ένα ζεύγος ακροδεκτών ή βρύσες, ένα συγκεκριμένο τερματικό μεταξύ αυτών είναι συνήθως κοινό, τόσο στο τερματικό εισόδου όσο και στο τερματικό εξόδου.

Σε έναν αυτόματο μετασχηματιστή, δεδομένου ότι ολόκληρη η μοναδική περιέλιξη είναι ομοιόμορφη με τις προδιαγραφές της, είναι βολτ ανά στροφή είναι επίσης το ίδιο σε όλα τα σημεία βρύσης. Αυτό σημαίνει ότι η τάση που προκαλείται σε κάθε ένα από τα τμήματα της βρύσης θα είναι ανάλογη με τον αριθμό στροφών της.

Λόγω της μαγνητικής επαγωγής κατά μήκος της περιέλιξης και του πυρήνα, η τάση και το ρεύμα θα προστίθενται ή αφαιρούνται αναλογικά κατά μήκος της περιέλιξης, ανάλογα με τον αριθμό στροφών.

Για παράδειγμα, τα χαμηλότερα σημεία βρύσης θα εμφανίζουν μειωμένες τάσεις και αυξημένο ρεύμα σε σχέση με την κοινή γραμμή γείωσης, ενώ τα άνω σημεία βρύσης θα δείχνουν υψηλότερες τάσεις και χαμηλότερο ρεύμα σε σχέση με την κοινή γραμμή γείωσης.

Η κορυφαία βρύση στην ενότητα της σειράς θα εμφανίσει τάσεις υψηλότερες από την τάση τροφοδοσίας εισόδου.

Ωστόσο, η μεταφορά ισχύος εισόδου και εξόδου θα είναι η ίδια. Δηλαδή, το προϊόν τάσης και ρεύματος ή V x I θα είναι πάντα ίσο για τα τμήματα εισόδου και εξόδου.

Πώς να υπολογίσετε την τάση και τις στροφές

Δεδομένου ότι οι παράμετροι τάση, ρεύμα και αριθμός στροφών είναι αναλογικά στη φύση, ο τύπος για τον υπολογισμό του αμπέρ, της τάσης και του αριθμού των στροφών διέπεται από τον απλό γενικό τύπο που δίνεται παρακάτω:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Ας δούμε το ακόλουθο παράδειγμα. Είναι σημαντικό να έχετε τουλάχιστον δύο παραμέτρους στο χέρι, για να προσδιορίσετε τις υπόλοιπες παραμέτρους κατά τον υπολογισμό ενός αυτομετασχηματιστή.

Εδώ, έχουμε τον αριθμό στροφών και την τάση για την κύρια ή την πλευρά εισόδου του αυτομετασχηματιστή, αλλά δεν γνωρίζουμε τις παραμέτρους στην πλευρά εξόδου ή στην πλευρά φορτίου.

Τώρα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε το άγγιγμα N7 στην πλευρά εξόδου να παράγει 300 V AC, μέσω του 220 V AC. Επομένως, μπορούμε να υπολογίσουμε με τον ακόλουθο απλό τρόπο:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 στροφές.

Αυτό σημαίνει ότι εάν η περιέλιξη N7 έχει 681 στροφή, θα παράγει τα απαιτούμενα 300 V, όταν εφαρμόζεται είσοδος 220 V AC.

Παρομοίως, αν θέλουμε το τύλιγμα N2 να παράγει τάση, π.χ. 24 V, τότε ο αριθμός στροφών αυτού του τμήματος του κτυπήματος θα μπορούσε να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 στροφές

Πώς να υπολογίσετε την τρέχουσα βαθμολογία

Για τον υπολογισμό της τρέχουσας βαθμολογίας της πλευράς εξόδου ενός αυτόματου μετασχηματιστή, πρέπει επίσης να γνωρίζουμε την τρέχουσα βαθμολογία της πλευρικής περιέλιξης 220 V. Ας πούμε ότι αυτό είναι 2 amp, τότε το ρεύμα σε όλη την περιέλιξη N7 θα μπορούσε να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο βασικό τύπο ισχύος:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

I7 = 220 x 2/300 = 440/300 = 1,46 αμπέρ.

Αυτό δείχνει ότι σε έναν αυτόματο μετασχηματιστή ή σε οποιοδήποτε τύπο μετασχηματιστή, η ισχύς εξόδου είναι ιδανικά, σχεδόν ίση με τη ισχύ εισόδου.

Πώς να μετατρέψετε έναν κανονικό μετασχηματιστή σε αυτόματο μετασχηματιστή

Όπως συζητήθηκε στις προηγούμενες παραγράφους αυτού του άρθρου, ένας κανονικός μετασχηματιστής ενσωματώνει δύο ξεχωριστές περιελίξεις οι οποίες είναι ηλεκτρικά απομονωμένες, σχηματίζοντας τις αντίστοιχες πρωτεύουσες και τις δευτερεύουσες πλευρές.

Δεδομένου ότι οι δύο πλευρές περιέλιξης είναι ηλεκτρικά απομονωμένες, καθίσταται αδύνατη η παραγωγή προσαρμοσμένων τάσεων εναλλασσόμενου και κλιμακωτού ρεύματος από αυτούς τους μετασχηματιστές, σε αντίθεση με έναν αυτόματο μετασχηματιστή.

Ωστόσο, με μια μικρή τροποποίηση στη μονάδα, ένας κανονικός μετασχηματιστής θα μπορούσε σε αρκετά μεγάλο βαθμό να μετατραπεί σε αυτόματο μετασχηματιστή. Για αυτό, απλώς πρέπει να διασυνδέσουμε τα πρωτεύοντα πλευρικά καλώδια με τα δευτερεύοντα πλευρικά καλώδια σε μορφή s όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα:

Εδώ, βρίσκουμε έναν συνηθισμένο μετασχηματιστή 25-0-25 V / 220 V που μετατρέπεται σε έναν πρακτικό μικρό αυτόματο μετασχηματιστή, απλά συνδέοντας τα σχετικά δευτερεύοντα / πρωτεύοντα καλώδια.

Μόλις τα καλώδια ενώνονται με τον τρόπο που φαίνεται, ο τροποποιημένος αυτό-μετασχηματιστής επιτρέπει στο χρήστη να αποκτήσει ένα ενισχυμένο δίκτυο 220 + 25 = 245 AC V, ή ένα μειωμένο δίκτυο 220 - 25 = 195 AC V εξόδους από τα σχετικά καλώδια εξόδου.