Autotransformatorul

Autotransformatorul

Autotransformatorul numit si transformator in constructie economica, pre-zinta utilizari multiple, acolo unde se cere modificarea tensiunii cu (1050)%, cand este preferat transformatorului, datorita randamentului superior.

El se executa monofazat, trifazat (conectat numai in stea) sau polifazat in general, avand miezul feromagnetic la fel cu al transformatorului si o singura infa-surare pe faza prevazuta cu una sau mai multe prize (fig.2.39 a).

Fig.2.39 Autotransformatorul electric: a-schita constructiva; b-schema conexiunilor;

c-autotransformatorul coborator; d-autotransformatorul ridicator.

Cele doua parti ale infasurarii, executate in general din conductorare de sec-tiuni diferite sub forma unor infasurari cilindrice concentrice sunt cuplate inductiv (fig.2.39 b) sau si galvanic cand infasurarea de joasa tensiune reprezinta o parte a infasurarii de inalta tensiune daca autotransformatorul este coborator (fig.2.39 c) sau invers cand autotransformatorul este ridicator (fig.2.39 d).

Autotransformatoarele de mare putere sunt utilizate la interconectarea retele-lor electrice de tensiuni nominale apropiate, in schemele de pornire ale motoarelor mari sincrone sau asincrone cu rotorul in scurtcircuit, iar cele de mica putere se folosesc in radiotehnica, automatica, etc.

La functionarea in gol a autotransformatorului nu apare nici o deosebire fata de regimul respectiv al transformatorului, raportul de transformare a tensiunilor avand relatia de definire:

(2.60)

In energetica, raportul de transformare k_a are valori pana la 2 si mai rar pana la 3, el putand fi constant sau variabil ca in cazul autotransformatoarelor reglabile.

Cu notatiile si sensurile curentilor din fig.2.39 c, pentru parametrii portiunii aditionale si ai infasurarii comune de joasa tensiune, se pot scrie urmatoarele ecua-tii ce caracterizeaza autotransformatorul coborator:

I +=I₁₀=I_w+I_μ

I +I₂=I₁₂    (I₂=k_a) (2.61)

U =Z_σAI₁+Z_σCI₁₂-E₁

-U₂=Z_σCI₁₂-E₂

in care:

Z_σA=R_A+jX_σA - impedanta portiunii de infasurare A, a;

R_A, X_σA - rezistenta si reactanta de scapari a acestei portiuni de infasurare (A-a);

Z_σC=R_C+jX_σC - impedanta portiunii comune de infasurare (a-X, x);

R_C, X_σC - rezistenta, respectiv reactanta de scapari ale acestei portiuni (a-X, x).

Tinand seama de relatiile existente intre curenti, ecuatiile de tensiuni, pot fi scrise sub forma:

U =[Z_σA+Z_σC(1-k_a)]I₁+Z_σCk_aI₁₀-E₁

-=Z_σCk_a(k_a-1)+Z_σCk_aI₁₀-    (2.62)

Pe baza ecuatiilor (2.62) si a relatiei E₁==-R_w∙I_w=-jX_μ∙I_μ=-Z₀∙I₁₀ unde reprezinta impedanta circuitului de magnetizare, se poate construi schema echivalenta a autotransformatorului (fig.2.40 a), iar pentru I₁₀=0, rezulta schema echivalenta simplificata (fig.2.40 b).

Fig.2.40 Schema echivalenta a autotransformatorului si schema echivalenta simplificata (b).

Tensiunea nominala relativa de scurtcircuit este:

(2.63)

si rezulta din fig.2.40 a pentru I₁₀=0, iar Z_ka se determina prin incercarea de functio-nare in scurtcircuit.

La autotransformator, impedanta de scurtcircuit este mai mica decat a unui transformator echivalent cu doua infasurari si deci tensiunile de scurtcircuit vor fi mai mici de (1-) ori, iar curentii de scurtcircuit vor fi proportionali mai mari.

Acest lucru impune masuri constructive deosebite privind asigurarea stabili-tatii mecanice a autotransformatorului la actiunea fortelor electrodinamice la scurt-circuit. Autotransformatorul este echivalent cu un transformator cu doua infasurari, avand infasurarea primara cu w₁-w₂ spire iar infasurarea secundara cu w₂ spire (fig.2.41)

Fig.2.41. Echivalenta intre transformator si autotransformator.

Pentru a compara sub toate aspectele autotransformatorul cu transformatorul cu doua infasurari, este necesar a se cunoaste expresia puterii sale de calcul.

Puterea aparenta transferata din primar la secundar in ipoteza neglijarii pier-derilor este:

S=S₁=S₂=U₁I₁≈U₂I₂=S_e+S_g (2.64)

Aceasta putere transferata secundarului prezinta doua componente:

Ø     puterea electrica S_g corespunzatoare curentului I₁ transmisa din primar in secundar prin intermediul campului electric datorita legaturii galvanice din-tre cele doua infasurari si are expresia:

S_g=U₂I₁=U₂I₂    (2.65)

Ø     puterea electromagnetica (de calcul) S_e corespunzatoare curentului I₁₂ trans-misa din primar in secundar prin intermediul campului electromagnetic pe calea inductiei (ca transformator) si are expresia:

S_e=S-S_g=U₂I₂-U₂I₂=U₂I₂

S_e = U₂ I₂    (2.66)

Din analiza relatiei (2.66) rezulta urmatoarele:

Ø     puterea electromagnetica (de calcul) S_e a autotransformatorului este mai mica decat puterea aparenta S₂ transmisa in secundar;

Ø     autotransformatoarele sunt cu atat mai economice de construit fata de trans-formatoarele cu doua infasurari cu cat raportul de transformare este mai apropiat de unitate;

Ø     la valori mari ale factorului de transformare aceste avantaje practic dispar.