معرفی ترانس اوتو

معرفی ترانس اوتو / اوتوترانس چه کاربردهایی دارد؟

ترانسفورماتورهای صنعتی به منظور اهداف و کاربردهای مختلفی طراحی شده و در صنایع گوناگون استفاده می‌شوند. اوتوترانس‌ها نوع خاصی از ترانسفورماتورها هستند که به منظور انتقال انرژی در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شوند.

در این مقاله، ساختار اوتوترانس‌ها و نحوه کار آن‌ها شرح داده می‌شود؛ هم‌چنین مزایا و معایب استفاده از این ترانسفورماتورها به طور کامل بیان می‌شوند.

اوتوترانس چیست و چه کاربردی دارد؟

همانطور که می‌دانید، ترانسفورماتورهای معمولی(افزاینده یا کاهنده) دارای دو سیم‌پیچ در سمت ورودی و خروجی هستند که از هم ایزوله شده و هیچ‌گونه ارتباط الکتریکی با یکدیگر ندارند؛ سیم‌پیچ اولیه یا سمت ورودی، عموما به منبع الکتریکی متناوب یا شبکه بالادست وصل می‌شود و ولتاژ را طبق قوانین القای الکترومغناطیسی در سیم‌پیچ خروجی القا می‌کند. خروجی نیز از سیم‌پیچ ثانویه گرفته شده و به بارهای مختلف متصل می‌شود.

بر خلاف ترانسفورماتورهای عمومی، اوتوترانس یا ترانسفورماتور خودکار(Autotransformer)، از تنها یک سیم‌پیچ نصب‌شده روی هسته برای سمت ورودی و خروجی استفاده می‌کند؛ در واقع می‌توان گفت که علاوه بر ارتباط مغناطیسی، سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه از نظر فیزیکی و الکتریکی هم به یکدیگر متصل هستند. پس اوتوترانس، دارای یک سیم‌پیچ روی هسته فرومغناطیس خود است.

یکی از دو سر این سیم‌پیچ، در بین ورودی و خروجی مشترک است. سر دیگر این سیم‌پیچ قابلیت تحرک و نصب بر قسمت‌های مختلف سیم‌پیچ را دارد. این قابلیت در اوتوترانس مانند ترانس تپ‌چنجر(Tap changer) می‌باشد؛ بصورتیکه با ایجاد تغییر در تعداد دورهاي سيم‌پیچ، می‌توان از اوتوترانس به عنوان ترانس کاهنده و افزاینده استفاده کرد.  قابلیت تحرک یکی از پایانه‌های سمت خروجی به منظور معکوس‌کردن اتصال پایانه‌ها در سمت خروجی نیز به کار می‌رود.

اوتوترانس قابلیت رفع و بهبود تغییرات ولتاژ در سمت ورودی را دارد، بطوریکه این تغییرات در سمت خروجی زیاد احساس نشود؛ از این رو واژه اوتو یا خودکار به این نوع ترانس، اطلاق می‌شود.

ازآنجاییکه در ترانس ایزوله ارتباط فیزیکی و الکتریکی در سمت ورودی و خروجی آن حفظ می‌شود، بنابراین به هیچ وجه نباید از آن در کاربردهای حساسی که ایزولاسیون بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه لازم است، استفاده شود. ایجاد ایزولاسیون الکتریکی در قسمت‌های مختلف مدار برعهده‌ی ترانس ایزوله می‌باشد.

به طور کلی از ترانسفورماتورهای ایزوله در مصارف اوتوماسیون‌های صنعتی، صنایع دریایی و تغذیه تجهیزات الکتریکی خارجی و  خودکارسازی ولتاژ آن‌ها در سطوح مختلف مثلا 110 ولت استفاده می‌شود.

انواع اوتوترانسفورمرها

از نظر ساختاری، اوتوترانس‌ها را می‌توان به دو دسته زیر تقسیم کرد:

• در دسته‌ای از اوتوترانس‌ها، سطح ولتاژ خروجی تنها به مکان نصب انشعاب یا تپ بر روی سیم‌پیچ بستگی دارد و از این طریق تغذیه بار متصل به اوتوترانس کنترل می‌شود.
• در انواع دیگری از اوتوترانسفورمرها، ممکن است به جای وجود تپ‌های مختلف، از چند سیم‌پیچ کمکی و متصل به هم برای ایجاد سیم‌پیچ واحد استفاده شود.

از نظر نوع کاربردی که از اوتوترانس انتظار می‌رود، 3 دسته زیر برای آن‌ها ذکر می‌شود:

• اوتوترانس افزاینده(step up Autotransformer):

در این نوع، انشعاب سیم‌پیچ به صورتی نصب می‌شود كه ولتاژ خروجی را تا حد دلخواه افزایش می‌دهد. با توجه به اینکه توان در هر دو سمت انواع ترانسفورماتورها ثابت می‌ماند، سطح جریان در اوتوترانس افزاینده در سمت خروجی کاهش خواهد یافت.

• اوتوترانس کاهنده( step down Autotransformer):

بر خلاف اوتوترانس قبلی، در اوتوترانس کاهنده، ولتاژ سمت خروجی سطح کمتری نسبت به ولتاژ ورودی خواهد داشت.

• اوتوترانس متغیر( Dimmer set Autotransformer):

در کاربردهای قبلی با نصب تپ متحرک سیم‌پیچ در مکان مشخصی روی آن، در سمت خروجی ولتاژ در مقدار ثابتی باقی می‌ماند تا اینکه مکان نصب تپ یا انشعاب روی سیم‌پیچ به صورت مستقیم و فیزیکی عوض شود.

در بسیاری از مواقع در خروجی اوتوترانس، یک ولتاژ متغیر در زمان‌های مختلف انتظار می‌رود که بسته به نوع بار باید تامین شود. در این مواقع، از اوتوترانس متغیر یا دیمر استفاده می‌شود که با چرخاندن دکمه تعبیه‌شده روی آن، ولتاژ سمت خروجی قابل تغییر خواهد بود. امروزه با طراحی مدارهای کنترلی مناسب برای اوتوترانس متغیر، امکان ایجاد ولتاژ خودکار در خروجی این ترانس‌ها به صورت هوشمند هم فراهم شده است.

کاربرد و اهداف استفاده از اوتوترانس‌ها  

در صنایع مختلف از اوتوترانس‌ها به منظور اهداف زیر استفاده می‌شود:

• رایج‌ترین کاربرد اوتوترانس‌ها در تغذیه تجهیزات الکتریکی خارجی است که به خصوص از کشور آمریکا وارد ایران می‌شوند؛ اوتوترانس در این کاربرد، ولتاژ تغذیه تجهیزات را سطوح مختلف مثلا در حدود 110 ولت تثبیت می‌کند و از ایجاد اختلال در ولتاژ و آسیب به تجهیز جلوگیری می‌کند.
• هنگام متغیربودن ولتاژ در مدارهای مختلف آزمایشگاهی، از اوتوترانس برای تثبیت و کنترل ولتاژ استفاده می‌شود.
• اوتوترانس‌ها، برای جبران افت ولتاژ در مدارهای تغذیه با طول زیاد که در آن‌ها تامین روشنایی پیوسته و یکسان اهمیت زیادی دارد، استفاده می‌شود. این مورد در سیستم روشنایی فرودگاه‌های مختلف نمود پیدا می‌کند.
• در برخی کاربردها، با وجود تغییر در نوع و مقدار بار متصل‌شده به خروجی اوتوترانس، لازم است ولتاژ خروجی در حد ثابتی باقی بماند؛ استفاده از اوتوترانسفورماتور در این مواقع بسیار مفید است.
• از نوع خاصی از اوتوترانس‌ها با نام اوتوترانس زمینی، به منظور تولید سیم نول یا خنثی در سیستم فاقد سیم 3 فاز استفاده می‌شود. اوتوترانس زمینی با آرایش زیگزاگ یا T به شبکه وصل می‌شوند.
• برای متصل‌کردن خطوط انتقال برق با اختلاف ولتاژ بسیار کم در حدود 10 الی 30 ولت، از اوتوترانس استفاده می‌شود.

مزايا و معايب استفاده از اوتوترانس‌ها

به كارگيري اوتوترانس‌ها در صنعت مزاياي مختلفي به همراه دارد از جمله:

• حجم كوچك اوتوترانس علي‌رغم بازدهي بالا نسب به ترانسفورماتور دو سيم‌پیچه
• تلفات اهمی و افت ولتاژ کمتر نسبت به ترانسفورماتور دو سیم‌پیچه
• به دلیل استفاده از یک سیم‌پیچ روی هسته، قیمت اوتوترانس نسبت به ترانس دو سیم‌پیچه ارزان‌تر است.
• قابلیت تنظیم ولتاژ بهتر و راندمان بیشتر در اوتوترانس نسبت به ترانس دو سیم‌پیچه

اوتوترانسفورماتور معمولا با تپ 50 درصد بهره‌بردای می‌شوند که سایز آن‌ها در مقابل ترانس دو سیم‌پیچه حدودا نصف می‌شود. البته در استفاده از اوتوترانس‌ها معایب و محدودیت‌هایی هم وجود دارد؛ بطور مثال به دلیل اتصال سیم‌پیچ دو طرف به یکدیگر و عدم ایزولاسیون مناسب، امپدانس کمی برای اوتوترانس انتظار خواهیم داشت؛ این موضوع هنگام وقوع اتصال کوتاه، می‌تواند باعث شارش جریان بزرگی شود که به اوتوترانس و تجهیزات دیگر آسیب برساند.

اوتوترانسفورماتورها در صنعت با ولت‌آمپرها و جریان‌های نامی مختلف ساخته می‌شوند که به طور عمده برای تثبیت ولتاژ تجهیزات الکتریکی که از خارج کشور وارد می‌شوند، کاربرد دارند. استفاده از اوتوترانس‌ها برای کاربردهایی که در مقاله ذکر شد، ضروری به نظر می‌رسد.