اتوترانسفورماتور

عملکرد

در برق تک فاز، اتوترانسفورماتور بازده‌ای معادل ۴۰ الی ۱۱۵ درصد ولتاژ ورودی را دارد. نسبت ولتاژهای ثانویه به اولیه برابر است با نسبت تعداد دورهای سیم‌پیچی که ولتاژ به آن وصل می‌شود. برای مثال، وصل شدن به مرکز و پایین سیم‌پیچ اتوترانسفورماتور، ولتاژ را نصف می‌کند، یعنی ۵۰ درصد. بسته به شرایطی که اتوترانسفورماتور قرار است در آن کار کند، آن قسمت از سیم‌پیچ که تنها در ولتاژ زیاد (جریان کم) استفاده می‌شود ممکن است با سیم‌های کم‌ضخامت‌تر ساخته شده باشد، با این وجود کل سیم‌پیچ مستقیماً به هم اتصال الکتریکی دارد.

محدودیت‌ها

بر خلاف ترانسفورماتورهای معمولی که سیم‌پیچ اولیه و ثانویهٔ آن‌ها از نظر الکتریکی ایزوله (جدا) هستند، در اتوترانسفورماتورها بین این دو ارتباط الکتریکی وجود دارد و بنابراین اگر سیم نول ورودی زمین نشده باشد، سیم نول خروجی هم زمین نخواهد بود. بروز اشکل در عایق‌بندی سیم‌پیچ یک اتوترانسفورماتور می‌تواند منجر به اعمال کل ولتاژ ورودی بر خروجی گردد. قطعاُ به هنگام استفاده از اتوترانسفورماتور با کاربردهای ذکر شده، قضیهٔ عایق بندی یک مسئلهٔ ایمنی بسیار مهم است.
از آنجایی که اتوترانسفورماتورها به سیم‌پیچ‌های کوتاهتر و هستهٔ کوچکتری نیاز دارند، برای کاربردهایی که قدرت در آن مهم است، بهتر و به صرفه‌تر از ترانسفورماتورهای معمولی هستند. هم چنین نسبت بازده ولتاژی آن سه برابر ترانسفورمر معمولی است؛ با این وجود از لحاظ اقتصادی ترانسفورمر معمولی به نسبت ارزان‌تر از اتوترانسفورماتور است.

کاربردهای اتوترانسفورمر در جریان پرفشار سه‌فاز

یک اتوترانسفورماتور محدودیت‌های خاصی به منظور جلوگیری از جریان‌های هم سو دارد. اتوترانسفورماتورهای سه‌فاز بزرگ ممکن است سیم‌پیچ‌های دفن شده زیر خاک داشته باشند که اتصالی به بیرون مخزن ندارند، این سیم‌پیچ‌ها به منظور جذب جریان‌های هم سو، زیر خاک دفن می‌شوند. نوع خاصی از اتوترانسفورماتور که به آن زیگ‌زاگ می‌گویند به منظور زمین‌کردن بر روی سیستم سه‌فاز استفاده می‌شود که هیچ نوع اتصالی به زمین ندارد. یک ترانسفورمر زیگ‌زاگ مسیری را برای عبور جریانی که در سه فاز مشترک است، فراهم می‌کند که به این نوع جریان، جریان مؤلفهٔ صفر می‌گویند.
همچون ترانسفورماتورهای چندسیم‌پیچه، در اتوترانسفورماتورها نیز از خاصیت میدان مغناطیسی متغیر با زمان برای تبدیل ولتاژ استفاده می‌شود و بنابراین اتوترانسفورماتورها در جریان‌های مستقیم کاربردی ندارند.

کاربردها

اتوترانسفورماتورها در بسیاری از موارد در کاربردهای قدرتی برای به کار انداختن سیستم‌های به هم پیوسته با ولتاژهای مختلف استفاده می‌شود. برای مثال در ولتاژ عبوری kV ۱۳۸ تا kV ۶۶.
کاربرد دیگر اتوترانسفورماتور در صنعت برای یک سو ویک جهت ساختن ولتاژ در ماشین‌آلات مختلف است برای مثال: برای تبدیل ولتاژ ورودی ۴۸۰ ولت به ۶۰۰ ولت. این دستگاه‌ها اغلب فقط بین دو باند ولتاژ اصلی داخلی (۱۰۰ تا ۱۳۰ و ۲۰۰ تا ۲۵۰) تبدیل می‌شوند. خطوط بین UK 400
Kv و ۲۷۵ Kv شبکه‌های "super grid"، اتوترانسفورماتورهای سه فازی با tapهای خروجی مشترک هستند. بر روی خطوط قوی روستایی اتوترانسفورماتورهایی با tapهای اتوماتیکی قرار دارند که یک دستگاه تنظیم‌کنندهٔ ولتاژ در آن نصب شده‌است تا استفاده کنندگان دور از شبکهٔ خطوط هم بتوانند از همان ولتاژ متوسطی که به منبع وصل شده استفاده کنند. قسمت متغیر اتوترانسفورماتور می‌تواند افت پتانسیل را در طول خطوط جبران کند.
در کاربردهای صوتی از اتوترانسفورماتورهای نصب شده به منظور هما هنگ کردن گوینده با سیستم صوتی با ولتاژ دائمی استفاده می‌شود و همچنین در مورد مقاومت‌ها، آن را بین میکروفن با مقاومت پایین و یک تقویت‌کننده با مقاومت بالا قرار می‌دهند.

در کاربردهای راه آهن UK

در قطارها از منبعی با ولتاژ متناوب Kv ۲۵ استفاده می‌شود، برای افزایش فاصله منابع تغذیه الکتریسیته می‌توان آن‌ها را برای ذخیره ولتاژ Kv ۲۵ - ۰ - ۲۵ با سیم رابط در امتداد دستگاه جمع‌آوری‌کننده قطار، مرتب کرد. به این صورت که منبع ولتاژ صفر به قطار و منبع ۲۵ کیلو ولت به سیم ارتباطی هوایی وصل می‌شود. ابعاد این فاصله (تقریبا ۱۰ کیلومتر) در اتوترانسفورماتور باعث ارتباط سیم رابط بین راه آهن و سیستم هدایت گر بعدی می‌شود. این سیستم، خطوط انتقالی قابل استفاده را افزایش داده و تداخل‌های القایی را از دستگاه خروجی کم می‌کند و همچنین باعث کاهش هزینه می‌شود. گاهی اوقات دیده می‌شود که در جایی برای تغییر ولتاژ و ایجاد ولتاژ مناسب، هدایت جریان به سوی خطوط ارتباطی با اتوترانسفورماتورهای متفاوتی صورت می‌گیرد. (ولتاژ متفاوت)

اتوترانسفورماتور متغیر

یک اتوترانسفورماتور متغیر از اتصال ثانویه sliding-brush و هسته مارپیچی تشکیل شده‌است. در آن پوشش (عایق) برای نشان دادن سیم‌پیچ مسی کنار گذاشته شده‌است. همانند ترانسفورمر دو سیم‌پیچی، اتوترانسفورماتور با تعدادی بند که به آن tap می‌گویند و کلیدهای خودکار سازماندهی شده‌اند تا این وسیله بتواند به عنوان تنظیم‌کننده خودکار ولتاژ به منظور نگه‌داری ولتاژ یکنواخت عمل کند. هم چنین از اتوترانسفورماتور به منظور شبیه‌سازی وضعیت low line برای تست کردن استفاده می‌شود. کاربرد دیگر آن در چراغ‌های چشمک‌زن است که مانع تولید EMI در آن می‌شود.
با برداشتن حفاظ سیم‌پیچ و ساختن اتصال ثانویه میان sliding-brush، اتوترانسفورماتور به آرامی ولتاژ را کنترل می‌کند. این دستگاه در طرح‌هایی که ولتاژ پایین استفاده می‌شود، قابل اجرا است. این دستگاه به عنوان ترانسفورمر متغیر AC یا به صورت عمومی با نام واریاک (variac) شناخته می‌شود.
از سال ۱۹۳۴ تا ۲۰۰۲، واریاک (variac) یک علامت تجاری در مخابرات برای اتوترانسفورماتور متغیر بود بدین منظور که این دستگاه به راحتی ولتاژ ورودیَ AC را به ولتاژهای خروجی متنوعی تبدیل می‌کرد. در سال 2004 Instrument Service Equipment (ISE) به جای علامت variac به کار برده شد؛ و امروزه برای توصیف اتوترانسفورماتورهای متغیری که توسط کارخانه‌های مختلف ساخته می‌شود از این علامت استفاده می‌شود.