Comment fonctionne un autotransformateur - Comment faire

Un autotransformateur est un transformateur électrique qui se compose d'un seul enroulement continu, non isolé, avec des bornes prises en différents points de l'enroulement. La section d'enroulement entre les prises qui correspondent au secteur AC est appliquée avec l'alimentation secteur AC, tandis que les prises restantes sont utilisées pour obtenir les tensions de sortie souhaitées, en fonction de leurs rapports d'enroulement.

Ces tensions de sortie peuvent varier entre des niveaux supérieurs à l'alimentation d'entrée et inférieurs au courant alternatif du secteur d'entrée, en fonction du rapport de rotation des enroulements aux points de prise concernés.

Le mot «auto» est inspiré du terme grec «self» qui se rapporte au fonctionnement d'une bobine d'enroulement solitaire à travers tout le transformateur, sans impliquer aucun type de mécanisme automatique.

Dans un autotransformateur, les sections prises d'un seul enroulement continu fonctionnent à la fois comme enroulement primaire et secondaire du transformateur.

Différence entre l'autotransformateur et le transformateur abaisseur

Typiquement, dans tout transformateur abaisseur standard, nous trouvons deux bobines d'enroulement complètement séparées sous la forme d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire qui sont isolés électriquement, mais couplés magnétiquement l'un à l'autre, comme indiqué ci-dessous.

Ici, le rapport de l'enroulement entre le primaire et le secondaire décide de la quantité de transfert de tension et de courant entre les deux enroulements par induction magnétique.

Cela signifie que si le primaire a 10 fois plus de tours que le secondaire, alors un courant alternatif de 220 V alimenté au primaire provoquera une tension 10 fois plus basse à travers le secondaire, égale à 220 V / 10 = 22 V.

De même, si un 22 V CA est appliqué au secondaire, cela entraînera la génération d'un 220 V intensifié du côté primaire.

Contrairement à cela, dans un autotransformateur, il y a un seul enroulement continu divisé en différentes prises de tension, qui déterminent les différents niveaux de tension sur tout l'enroulement, comme indiqué ci-dessous.

Toutes ces prises ne sont pas isolées électriquement, mais peuvent être alimentées magnétiquement comme notre transformateur standard, permettant un partage proportionné de tension et de courant entre les sections, en fonction des rapports de l'enroulement entre les prises.

Comment faire un autotransformateur

Un autotransformateur peut être construit en utilisant les mêmes calculs que pour un transformateur abaisseur normal, à l'exception du côté secondaire.

En fait, fabriquer un autotransformateur est beaucoup plus facile que le transformateur standard, car ici on peut éliminer l'enroulement côté secondaire, et utiliser un seul enroulement primaire 300 V ou 400 V continu.

Donc, fondamentalement, suivez toutes les étapes expliquées dans l'article suivant, ignorez simplement les calculs du côté secondaire et implémentez uniquement les calculs du côté principal de 220 V.

Détails d'enroulement

Utilisez 400 V pour les volts primaires et 1 ampère pour le courant. Une fois enroulé, vous pouvez attacher des robinets à divers intervalles de l'enroulement pour acquérir les tensions augmentées ou abaissées souhaitées.

Avantage et inconvénient d'un auto-transformateur

Dans un enroulement d'autotransformateur, nous avons normalement un minimum de 3 prises qui sont terminées électriquement en tant que sorties.

En raison du fait qu'un seul enroulement fonctionne à la fois comme primaire et secondaire, les autotransformateurs ont un meilleur avantage d'être de plus petite taille, plus légers et plus abordables que les transformateurs abaisseur conventionnels à double enroulement classiques.

Cependant, l'inconvénient d'un autotransformateur provient du fait qu'aucune de ses sorties d'enroulement n'est électriquement isolée du secteur alternatif et peut infliger un choc mortel lorsqu'il est touché en état ON commuté.

Parmi les autres avantages des autotransformateurs, il y a sa réactance de fuite réduite, ses pertes réduites, son courant d'excitation plus faible et sa valeur VA améliorée pour toutes les dimensions et encombrements existants.

Application

Un bon exemple d'application d'autotransformateur est le convertisseur de tension du touriste, qui permet au voyageur de connecter des appareils 230 V sur des sources d'alimentation de 120 volts, ou l'inverse.

Un autotransformateur ayant plusieurs prises de sortie pourrait être utilisé pour adapter la tension à l'extrémité d'un circuit de distribution étendu afin de contrer toute chute de tension excédentaire. La même situation pourrait être contrôlée automatiquement par un circuit de commutation électronique.

Ceci est normalement mis en œuvre via un AVR ou un régulateur de tension automatique, qui commute automatiquement les différentes prises de l'autotransformateur via des relais ou des triacs, pour compenser la sortie en réponse aux changements de la tension de ligne.

Comment ça fonctionne

Comme discuté ci-dessus, un autotransformateur comprend un seul enroulement avec 2 bornes d'extrémité.

Il peut y avoir une ou plusieurs bornes entre les deux comme points de prise pour obtenir les tensions augmentées / abaissées entre les points de prise. Dans un autotransformateur, nous trouvons que les sections primaire (entrée) et secondaire (sortie) des bobines ont leurs tours en commun.

Cette partie de l'enroulement partagée par les deux primaire et secondaire est généralement connue sous le nom de «section commune».

Alors que la partie de l'enroulement s'étendant loin de cette «section commune» ou de la section qui n'est pas partagée entre le primaire et le secondaire est généralement connue sous le nom de «section de série».

La tension d'alimentation principale (d'entrée) est connectée entre deux des bornes appropriées, dont la valeur nominale ou la spécification correspond à la plage d'alimentation d'entrée.

La tension secondaire (sortie) est obtenue à partir d'une paire de bornes ou de prises, une borne particulière parmi celles-ci étant normalement en commun, à la fois à la borne de tension d'entrée et de sortie.

Dans un autotransformateur, puisque l'ensemble de l'enroulement unique est uniforme avec ses spécifications, son volts par tour est également le même pour tous les points de prise. Cela signifie que la tension induite à travers chacune des sections de prise sera proportionnelle à son nombre de tours.

En raison de l'induction magnétique à travers l'enroulement et le noyau, la tension et le courant seront proportionnellement ajoutés ou soustraits à travers l'enroulement, en fonction du nombre de tours.

Par exemple, les points de prise inférieurs afficheront des tensions réduites et un courant accru en référence à la ligne de masse commune, tandis que les points de prise supérieurs afficheront des tensions plus élevées et un courant plus faible par rapport à la ligne de masse commune.

La prise la plus haute de la section série affichera des tensions supérieures à la tension d'alimentation d'entrée.

Cependant, le transfert de puissance d'entrée et de sortie sera le même. Cela signifie que le produit de la tension et du courant ou V x I sera toujours égal pour les sections d'entrée et de sortie.

Comment calculer la tension et les tours

Étant donné que les paramètres tension, courant et nombre de tours sont de nature proportionnelle, la formule de calcul de l'ampère, de la tension et du nombre de tours est régie par la formule universelle simple donnée ci-dessous:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Jetons un œil à l'exemple suivant. Il est essentiel d'avoir au moins deux paramètres en main, pour déterminer les paramètres restants lors du calcul d'un autotramsformer.

Ici, nous avons le nombre de tours et la tension pour le côté primaire ou côté entrée de l'autotransformateur, mais nous ne connaissons pas les paramètres côté sortie ou côté charge.

Maintenant, supposons que nous voulons que la prise N7 du côté sortie produise 300 V AC, via l'entrée 220 V AC. Par conséquent, nous pouvons calculer de la manière simple suivante:

N1 / N7 = V1 / V7

500 / N7 = 220/300

N7 = 500 x 300/220 = 681 tours.

Cela implique que si l'enroulement N7 a 681 tours, il produira les 300 V requis, lorsqu'une entrée de 220 V CA est appliquée.

De même si nous voulons que l'enroulement N2 génère une tension disons 24 V, alors le nombre de tours de cette section de la prise pourrait être calculé en utilisant la même formule:

N1 / N2 = V1 / V2

500 / N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24/220 = 55 tours

Comment calculer la cote actuelle

Pour calculer le courant nominal du côté sortie d'un autotransformateur, nous devons également connaître le courant nominal de l'enroulement latéral 220 V. Disons que c'est 2 ampères, alors le courant à travers l'enroulement N7 pourrait être calculé en utilisant la formule de puissance de base suivante:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

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

Cela montre que dans un autotransformateur, ou tout type de transformateur, la puissance de sortie est idéalement, presque égale à la puissance d'entrée.

Comment convertir un transformateur ordinaire en un autotransformateur

Comme discuté dans les paragraphes précédents de cet article, un transformateur régulier incorpore deux enroulements séparés qui sont électriquement isolés, formant les côtés primaire et secondaire respectifs.

Étant donné que les deux côtés des enroulements sont isolés électriquement, il devient impossible de générer des tensions d'alimentation CA personnalisées augmentées et réduites à partir de ces transformateurs, contrairement à un autotransformateur.

Cependant, avec une petite modification de l'unité, un transformateur ordinaire pourrait être dans une certaine mesure converti en un autotransformateur. Pour cela, nous devons simplement interconnecter les fils du côté primaire avec les fils du côté secondaire au format s, comme indiqué dans le schéma suivant:

Ici, nous trouvons un transformateur abaisseur 25-0-25 V / 220 V ordinaire converti en un petit autotransformateur pratique, simplement en joignant les fils secondaires / primaires appropriés.

Une fois les fils assemblés de la manière illustrée, l'autotransformateur modifié permet à l'utilisateur d'acquérir un réseau intensifié 220 + 25 = 245 V CA, ou un réseau réduit de 220 - 25 = 195 V CA sortant des fils de sortie concernés.