오토트랜스포머

오토트랜스포머는 하나의 권선만을 가진 전기 변압기다. "자동" (그리스어로 "self") 접두사는 어떤 종류의 자동 메커니즘에도 작용하지 않고 혼자 작용하는 단일 코일을 가리킨다. 자동변환기에서, 동일한 권선의 일부분은 변압기의 1차 권선과 2차 권선과 모두 작용한다. 대조적으로 일반 변압기에는 금속 전도 경로가 없는 1차 및 2차 권선이 따로 있다.

오토트랜스포머 권선은 전기 연결이 이루어지는 곳에 최소한 3개의 탭이 있다. 권선의 일부분이 "이중 듀티"를 하기 때문에 오토트랜스포머는 흔히 일반적인 이중 바인딩 변압기에 비해 작고 가벼우며 가격이 저렴하다는 장점이 있지만 1차 회로와 2차 회로 사이에 전기적 절연을 제공하지 않는다는 단점이 있다. 오토트랜스포머의 다른 장점으로는 누설 리액턴스 감소, 손실 감소, 흥분 전류 감소, 주어진 크기와 질량에 대한 VA 등급 증가 등이 있다.^[1]

오토트랜스포머의 적용 예로는 여행자 전압 변환기의 한 스타일로서, 120볼트 공급 회로 또는 그 반대로 230볼트 장치를 사용할 수 있다. 다중 탭이 있는 자동 회전식 장치를 사용하여 긴 분배 회로의 끝에서 과도한 전압 강하를 교정하기 위해 전압을 조정할 수 있다. 자동 제어되는 경우 이는 전압 조절기의 한 예다.

작전

오토트랜스포머는 중간 탭 지점에 엔드 단자 2개와 하나 이상의 단자가 있는 단일 권선을 가지고 있다. 1차 코일과 2차 코일이 공통으로 회전의 일부를 갖는 변압기다. 1차 및 2차 모두가 공유하는 권선의 부분은 흔히 "공통 섹션"이라고 할 수 있다. 1차 및 2차 모두가 공유하지 않는 권선의 부분은 "시리즈 섹션"이라고 할 수 있으며, 종종 언급된다. 일차 전압은 두 단자에 걸쳐 인가된다. 2차 전압은 2개의 단자에서 취하며, 그 중 1개의 단자는 보통 1차 전압 단자와 공통이다.^[2]

두 권선 모두에서 턴당 전압은 같기 때문에 각 권선은 턴 수에 비례하여 전압을 발생시킨다. 오토트랜스전자의 경우, 출력 전류의 일부가 입력에서 출력으로 직접 흐르며(시리즈 섹션을 통해), 부분만 유도적으로(공통 섹션을 통해) 전달되므로, 한 개의 권선만 필요할 뿐 아니라 더 작고 가볍고 저렴한 코어를 사용할 수 있다.^[3] 그러나 자동변속기의 전압과 전류 비율은 다른 2방향 변압기와 동일하게 공식화할 수 있다.^[1]

${\displaystyle \frac{{}_{}}{}V}$ ${\displaystyle \frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}$ V ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}}{}}$= ${\displaystyle N\frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{N\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{{}_{}}}$= ${\displaystyle {\frac {V_{1}:{2}}:}={\frac {N_{1$}:{$2}}:}=a}($0<V₂<V₁>)

권선의 직렬 섹션에 의해 제공되는 암페어 턴:

${\displaystyle F_{S}=(N_{1}-N_{2})I_{1}=\왼쪽(1-{\frac {1}{a}\오른쪽)N_{1}I_{1}:{1}$

권선의 공통 섹션에 의해 제공되는 암페어 턴:

${\displaystyle F_{C}=N_{2}-I_{1}={\frac {N_{1}}{{a}}(I_{2}-I_{1}})}$

암페어 회전 잔액의 경우_S, F = F_C:

${\displaystyle \left(1-{\frac {1}{a}\오른쪽)N_{1}I_{1}={\frac {N_{1}:{a}}(I_{2}-I_{1}})}$

따라서 다음과 같다.

${\displaystyle {\frac {I_{1}:{1}{{1}{I_{2}}:}={\frac {1}{a}}}$

권선의 한쪽 끝은 일반적으로 전압원과 전기 부하 모두에 공통으로 연결된다. 선원과 하중의 반대쪽 끝은 권선을 따라 탭으로 연결된다. 권선의 다른 탭은 공통 끝에서 측정한 다른 전압에 해당한다. 계단식 변압기에서 선원은 일반적으로 전체 권선에 걸쳐 연결되며, 하중은 권선의 일부만을 가로질러 탭으로 연결된다. 계단식 변압기에서 반대로 하중은 전체 권선에 걸쳐 부착되며, 선원은 권선의 일부를 가로지르는 수돗물에 연결된다. 스텝업 변압기의 경우, 위의 방정식의 첨자는 반전되며, 이 경우 N2와 V2가 각각 N1과 V1보다 크다.

2회전 변압기에서와 같이 2차 전압 대 1차 전압의 비율은 그들이 접속하는 권선의 회전수의 비율과 같다. 예를 들어, 자동변속기 권선의 권선의 중간과 공통 단자 끝 사이의 하중을 연결하면 출력 부하 전압이 기본 전압의 50%가 된다. 용도에 따라, 고전압(저전류) 부분에만 사용되는 권선의 해당 부분은 전체 권선이 직접 연결되더라도 더 작은 게이지의 와이어로 감길 수 있다.

중앙탭 중 하나를 지면에 사용할 경우, 오토트랜스전자를 발룬(balun)으로 사용하여 균형선(두 끝탭에 연결)을 불균형선(땅과 옆면)으로 변환할 수 있다.

제한 사항

자동변환기는 일반 변압기가 그러하듯이 권선 사이에 전기적 절연을 제공하지 않는다. 입력의 중립 면이 접지 전압에 있지 않으면 출력의 중립 측도 마찬가지일 것이다. 오토트랜스포머의 권선 격리가 실패하면 출력에 최대 입력 전압이 인가될 수 있다. 또한 1차 및 2차 모두로 사용되는 권선 부분의 파손으로 인해 변압기가 부하와 직렬로 인덕터 역할을 하게 된다(경량 부하 조건에서 변압기는 출력에 거의 완전한 입력 전압을 인가할 수 있다). 이는 주어진 애플리케이션에서 자동 검색기 사용을 결정할 때 중요한 안전 고려사항이다.^[4]

그것은 더 적은 권선과 더 작은 코어를 요구하기 때문에, 전력 애플리케이션용 오토트랜스포머는 일반적으로 약 3:1의 전압 비율인 2방향 변압기보다 가볍고 비용이 적게 든다; 그 범위를 넘어서면, 2방향 변압기가 보통 더 경제적이다.^[4]

3상 송전 애플리케이션에서 오토트랜스포머는 고조파 전류를 억제하지 않고 접지 결함 전류의 또 다른 원천으로 작용하는 한계를 갖는다. 대형 3상 자동변속기는 일부 고조파 전류를 흡수하기 위해 탱크 외부에 연결되지 않은 "부하된" 델타 권선을 가질 수 있다.^[4]

실제로, 손실은 표준 변압기와 자동 변압기 모두 완전히 되돌릴 수 없다는 것을 의미한다. 전압 강하를 위해 설계된 한 변압기는 상승하는 데 사용되는 경우 필요한 전압보다 약간 적은 전압을 전달한다. 차이는 대개 실제 전압 레벨이 중요하지 않은 곳에서 반전을 허용할 정도로 미미하다.

다중 결합형 변압기와 마찬가지로 오토트랜스포머는 동력을 전달하기 위해 시간 변이 자기장을 사용한다. 이들은 교류가 제대로 작동해야 하며 직류에서는 작동하지 않는다. 1차 권선과 2차 권선은 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 자동 권선은 권선 사이를 전류가 흐를 수 있게 하므로 AC 또는 DC 절연을 제공하지 않는다.

적용들

송전 및 분배

오토트랜스포머는 다른 전압 등급에서 작동하는 시스템을 상호 연결하기 위해 전력 애플리케이션에서 자주 사용된다. 예를 들어, 전송을 위해 132 kV에서 66 kV까지. 산업계의 또 다른 애플리케이션은 480V 공급용 기계(예를 들어)를 600V 공급으로 작동하도록 개조하는 것이다. 그들은 또한 세계 공통의 국내 주 전압 대역(100 V–130 V 및 200 V–250 V) 사이의 변환을 제공하는 데 종종 사용된다. 영국 400 kV와 275 kV '슈퍼 그리드' 네트워크 사이의 링크는 일반적으로 공통 중립 끝에서 탭이 있는 3상 자동 추적기이다.

긴 시골지역 배전 라인에서는 자동 탭 교환 장비를 갖춘 특수 오토트랜스포머를 전압 조절기로 삽입하여 라인 맨 끝에 있는 고객들이 선원에 가까운 고객들과 동일한 평균 전압을 공급받도록 한다. 오토트랜스포머의 가변비는 라인을 따라 전압 강하를 보상한다.

지그재그라고 불리는 특별한 형태의 오토트랜스포머는 그렇지 않으면 접지와 연결되지 않는 3상 시스템에 접지를 제공하기 위해 사용된다. 지그재그 변압기는 3상 모두에 공통적인 전류의 경로(일명칭 0 시퀀스 전류).

오디오 시스템

오디오 어플리케이션에서, 탭으로 된 오토트랜스포머는 스피커를 정전압 오디오 분배 시스템에 적응시키고, 저임피던스 마이크와 고임피던스 앰프 입력 사이의 임피던스 매칭에 사용된다.

철도

철도 애플리케이션에서, 25 kV AC에서 열차에 동력을 공급하는 것은 일반적이다. 전기 그리드 피더 포인트 사이의 거리를 늘리기 위해, 그것들은 열차 오버헤드 수집기 팬터그래프의 손이 닿지 않는 3선(반대 단계)으로 분할상 25-0-25 kV 피드를 공급하도록 배치될 수 있다. 공급기의 0 V 지점은 레일에 연결되고 25 kV 지점 하나는 오버헤드 접점 와이어에 연결된다. 자주(약 10km) 간격으로 자동 교환기는 접선 와이어를 레일 및 두 번째(반전) 공급 도체에 연결한다. 이 시스템은 사용 가능한 전송 거리를 늘리고 외부 장비에 대한 유도 간섭을 줄이며 비용을 절감한다. 공급 도체가 콘택트 와이어와 다른 전압에 있고 자동 회전 장치 비율이 적합하도록 수정된 경우 변형이 나타나는 경우가 있다.^[5]

오토트랜스포머 스타터

오토트랜스포머는 소프트 스타트 인덕션 모터의 방법으로 사용할 수 있다. 그러한 선발투수들의 잘 알려진 디자인 중 하나는 코른도르퍼 선발투수다.

가변 자동 검색기

권선 코일의 일부를 노출하고 슬라이딩 브러시를 통해 2차 연결함으로써 연속 가변 회전율을 얻을 수 있어 출력 전압을 매우 원활하게 제어할 수 있다. 출력 전압은 실제 회전 수로 나타내는 이산 전압으로 제한되지 않는다. 브러시는 상대적으로 저항이 높고(금속 접촉과 비교), 실제 출력 전압은 인접한 권선과 접촉하는 브러시의 상대적 영역의 함수인 만큼 턴마다 전압이 매끄럽게 변화할 수 있다.^[6] 브러쉬의 저항이 비교적 높기 때문에 인접한 두 바퀴에 접촉할 때 회로가 단락된 턴으로 작용하는 것도 방지한다. 일반적으로 1차 연결부는 출력 전압이 0에서 입력 전압 이상으로 완만하게 변화할 수 있도록 권선의 부분에만 연결되며, 따라서 지정된 전압 범위의 한계에서 전기 장비 시험에 장치를 사용할 수 있다.

출력 전압 조정은 수동 또는 자동이 될 수 있다. 수동형은 상대적으로 낮은 전압에만 적용되며 가변 AC 변압기(흔히 상표명 변수)로 알려져 있다. 이들은 종종 수리점에서 다른 전압의 시험 장치 또는 비정상적인 라인 전압을 시뮬레이션하는 데 사용된다.

자동 전압 조정 유형을 자동 전압 조절기로 사용하여 광범위한 라인 및 부하 조건 동안 고객 서비스에서 일정한 전압을 유지할 수 있다. 또 다른 애플리케이션은 대부분의 사이리스터 조광기의 대표적인 EMI를 생성하지 않는 조명 조광기 입니다.

변수 상표

1934년부터 2002년까지 변수(Variac)는 일정한 AC 입력 전압을 위해 출력 전압을 편리하게 변경할 수 있도록 고안된 가변 오토트랜스포머용 제너럴 라디오(General Radio)의 미국 상표였다. 2004년에 계기 서비스 장비는 같은 종류의 제품에 대해 변량 상표를 신청하여 취득하였다.^[7]

참고 항목

• 발룬
• 전자기학
• 패러데이의 유도 법칙
• 점화 코일
• 인덕터
• 자기장

참조

추가 읽기

• Croft, Terrell; Summers, Wilford, eds. (1987). American Electricians' Handbook (Eleventh ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-013932-6.