ممکن است در الکترونیک با نام اتوترانسفورماتور روبه‌رو شوید؛ اما اتوترانسفورماتور چیست؟ اتوترانسفورماتور وسیله‌ای است که توسط آن انرژی الکتریکی از یک سطح به سطحی دیگر انتقال می‌یابد. با القای مغناطیسی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه، این وسیله قادر خواهد بود تا کار تنظیم و تغییر ولتاژ را انجام دهد. به دلیل ساختار منحصربه‌فرد و کارایی بالا، این دستگاه‌ها به طور گسترده در زمینه‌های مختلف استفاده می‌شوند و نقش حیاتی در بهبود کارایی و کاهش هزینه‌های انرژی ایفا می‌کنند.

کاربرد اتوترانس در فراهم شدن ولتاژ مناسب برای تجهیزات الکتریکی، تنظیم ولتاژ لامپ‌های التهابی، سیستم‌های صوتی، خطوط راه‌آهن و غیره بازگو می‌شود. انواعی از اتوترانس‌ها نیز در دسترس هستند که با توجه به مشخصات و عملکرد هرکدام، می‌توان در کاربردهای مختلف از آن‌ها کمک گرفت. در ادامه مطلب بیشتر بررسی خواهیم کرد که اتوترانسفورماتور چیست؟ همچنین انواع و کاربردهای اتوترانسفورماتور و تفاوت آن نسبت به اتوترانسفورماتورهای معمولی را بیان می‌کنیم. در نهایت برای حفظ کارایی و عملکرد دستگاه، تست‌هایی را برای آن معرفی کرده تا از عملکرد صحیح بهره‌مند شوید.

اتوترانس یا اتوترانسفورماتور چیست؟

اتوترانسفورماتور (Autotransformer) دستگاهی است که وظیفه انتقال انرژی الکتریکی از یک سطح به سطحی دیگر را انجام می‌دهد. این وسیله برای تنظیم و تغییر ولتاژ به کار می‌رود که توانایی افزایش یا کاهش ولتاژ را دارد؛ بدون این که تغییری در توان و فرکانس ایجاد کند. عملکرد این دستگاه بر پایه القای مغناطیسی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه استوار است، به طوری که انرژی الکتریکی از سیم‌پیچ اولیه به سیم‌پیچ ثانویه منتقل شده و نوع انرژی ثابت می‌ماند؛ اما ولتاژ دچار تغییر می‌شود.

اتوترانسفورماتور به عنوان یک وسیله الکتریکی، از پیچیدن یک سیم‌پیچ به دور هسته‌ای آهنی تشکیل می‌شود. یک انتهای سیم‌پیچ، بین ورودی و خروجی اشتراک دارد و با وجود سر دیگر متحرک خروجی، امکان تغییر تعداد دورهای سیم‌پیچ فراهم می‌شود. این دستگاه را هم به عنوان ترانسفورماتور افزاینده (Boost) و هم کاهنده (Buck) به کار می‌برند که شامل یک سیم‌پیچ پیوسته به همراه یک تپ (Tap) یا لغزانه در نقطه وسط سیم‌پیچ است.

کاربرد اتوترانس

اتوترانسفورماتورها یا اتوترانس به دلیل ساختار و عملکردشان، در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی، تجاری و خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ اما کاربردهای اتوترانسفورماتور چیست؟ برخی از آن‌ها عبارتند از:

• تولید وسایل برقی و ماشین‌آلات صنعتی مثل موتورهای سنکرون و القایی
• اتوماسیون صنعتی و کاربردهای دریایی
• کاربرد اتوترانس در سیستم توزیع و انتقال نیرو
• خطوط راه‌آهن برای انتقال قدرت
• اتصال خطوط انتقال با اختلاف ولتاژ کم
• جبران افت ولتاژ در مدارهای فیدر طولانی (مانند سیستم‌های روشنایی فرودگاه‌ها)
• هماهنگی سیستم‌های توزیع صوتی با ولتاژ ثابت
• تطبیق امپدانس‌های میکروفون و آمپلی‌فایر
• کنترل ولتاژ متغیر در آزمایشگاه‌ها
• تنظیم ولتاژ خروجی ترانسفورماتورها برای ثابت نگه داشتن ولتاژ سیستم نسبت به تغییرات بار

مزایای اتوترانسفورماتور (اتوترانس)

اتوترانسفورماتورها به دلیل طراحی خاص و منحصربه‌فرد خود مزایای بسیاری دارند. این مزایا باعث شده‌اند که این دستگاه‌ها در بسیاری از کاربردهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند:

• اندازه و وزن کمتر
• تنظیم ولتاژ بهتر و دقیق‌تر
• مصرف مس کمتر
• هزینه‌های نصب و نگهداری پایین‌تر
• جریان تحریک کمتر
• بهره‌وری بالا
• خروجی ولتاژ قابل تنظیم
• تلفات کمتر

معایب اتوترانس چیست؟

در کنار بررسی مزایای این وسیله الکتریکی لازم است بفهمیم که مانند هر وسیله دیگری، معایب اتوترانسفورماتور چیست؟ این معایب ممکن است در برخی کاربردها و شرایط، محدودیت‌هایی را ایجاد کنند:

• جریان اتصال کوتاه بیشتر
• عدم وجود ایزولاسیون بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه
• مناسب فقط برای تغییرات ولتاژ نسبتاً کم
• خطر عبور ولتاژ اولیه کامل از ترمینال ثانویه در صورت وجود شکاف در سیم‌پیچ ثانویه
• نیاز به طراحی مدار ولتاژ پایین برای مقاومت در برابر ولتاژ بالاتر برای جلوگیری از خرابی
• شار نشتی کم بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و در نتیجه امپدانس کم
• دشواری حفظ تعادل الکترومغناطیسی سیم‌پیچ در صورت تأمین تنظیم ولتاژ

عملکرد اتوترانس چیست؟

در اتوترانسفورماتورها، ولتاژ ورودی و بار الکتریکی را به دو نقطه متفاوت از سیم‌پیچ متصل می‌کنند که در انتهای سیم‌پیچ به یک تپ مشترک می‌رسند. به این ترتیب، سیم‌پیچ منفرد در اتوترانسفورماتور قادر است هم به عنوان سیم‌پیچ اولیه و هم به عنوان سیم‌پیچ ثانویه عمل کند. این ویژگی باعث شده تا اتوترانس‌ها در سیستم‌های برق تک فاز، بازدهی بالایی نشان دهند و کار تنظیم ولتاژهای ورودی بین 40 تا 115 درصد به خوبی صورت گیرد.

تناسب ولتاژهای ثانویه نسبت به ولتاژهای اولیه، معادل نسبت تعداد دورهای سیم‌پیچ است که به آن ولتاژ متصل می‌شود. به دلیل این که تمام سیم‌پیچ‌ها در اتوترانسفورماتور به صورت الکتریکی به یکدیگر متصل هستند، ولتاژ ورودی که به مرکز و بخش پایینی سیم‌پیچ منفرد اتوترانس وصل می‌شود، به میزان 50 درصد خواهد بود.

انواع اتوترانس

این نوع ترانسفورماتور الکتریکی را می‌توان بر اساس کاربرد اتوترانس به انواع زیر دسته‌بندی کرد:

اتوترانسفورماتور افزاینده:

در این نوع، ولتاژ ورودی ترانسفورماتور تا حد ولتاژ مورد نظر بالا می‌رود و ولتاژ خروجی به نسبت چرخش اتوترانسفورماتور تغییر می‌کند. با در نظرگیری حلقه سلف به عنوان یک باتری، حلقه‌های بیشتر در مدار خروجی، بیانگر ولتاژ AC بیشتر نسبت به ورودی خواهد بود. به دلیل یکسان بودن قدرت ظاهری ورودی و خروجی با افزایش ولتاژ، جریان قطع شده یا کاهش می‌یابد.

اتوترانسفورماتور کاهنده:

در این نوع، ولتاژ ورودی زیاد ولی ولتاژ خروجی کمتر است؛ از این جهت آن را اتوترانسفورماتور پله پایین یا کاهنده می‌نامند.

اتوترانسفورماتور متغیر:

این نوع اتوترانسفورماتورها با نسبت دور ثابت به طور گسترده‌ای برای برنامه‌های مختلف به کار می‌روند؛ اما گاهی اوقات نیاز به تنظیم ولتاژ خروجی دارند. تنظیم اتوترانسفورماتورها با چرخش دکمه به ولتاژ مورد نیاز انجام می‌شود و می‌توانند به عنوان تنظیم‌کننده ولتاژ AC عمل کنند که به عنوان واریاک یا دیمر نیز آن را می‌شناسند. با مجهز شدن این اتوترانسفورماتور به برخی از شیرهای مورد نیاز، وظیفه تنظیم ولتاژ AC را انجام می‌دهند.

اتوترانسفورماتور در تابلو برق چیست؟

اتوترانسفورماتور را به نام اتوفورمر نیز می‌شناسند. این در واقع نوعی ترانسفورماتور الکتریکی بوده که تنها از یک سیم‌پیچ تشکیل می‌شود که حداقل دارای سه نقطه اتصال الکتریکی (تپ) است. ولتاژ ورودی و بار الکتریکی به دو تپ وصل شده و تپ باقی مانده در انتهای سیم‌پیچ مشترک خواهد بود. این تپ‌ها توانایی برقراری ارتباط با منابع ولتاژ و بارهای الکتریکی مختلف را دارند. سیم‌پیچ در این دستگاه قادر است هم نقش سیم‌پیچ اولیه و هم نقش سیم‌پیچ ثانویه را در ترانسفورماتورهای معمولی ایفا کند.

تفاوت اتوترانسفورماتور با ترانسفورماتور معمولی

اتوترانسفورماتورها وظیفه ایزولاسیون را بر عهده داشته، اما در نحوه انجام این کار با ترانسفورماتورهای معمولی تفاوت‌هایی دارند:

• برخلاف ترانسفورماتورهای معمولی، اتوترانسفورماتورها از یک سیم‌پیچ و یک هسته آهنی ساخته می‌شوند، اما مانند نوع معمولی، ورودی (برای اتصال برق) و خروجی (برای دریافت برق) دارند. با وجود یک سر سیم مشترک بین ورودی و خروجی، سر دیگر را به ورودی متصل می‌کنند.
• از طرفی خروجی به صورت یک ‌رشته، با دریافت انشعاب از سیم‌پیچ به دست می‌آید. وجود چندین نقطه انشعاب نشان می‌دهد که این نوع ترانس‌ها توانایی ارائه خروجی‌های متنوع را دارند که از آن‌ها به عنوان ترانس متغیر نیز یاد می‌شود.
• از طرفی باید گفت که اتوترانسفورماتورها نسبت به نوع معمولی، مزایایی همچون مصرف سیم، پایین آوردن حجم هسته فلزی و کوچک‌تر بودن با مشخصات ورودی و خروجی یکسان را فراهم می‌آورند.

نقش اتوترانس یا اتوترانسفورماتور چیست؟

اتوترانسفورماتور متغیر یک نوع ترانسفورماتور الکتریکی بوده که تنها با یک سیم‌پیچ که بخشی از آن بین مدار اولیه و ثانویه مشترک است، کار می‌کند؛ اما نقش اتوترانسفورماتور چیست؟ اتوترانس‌ها برای تبدیل ولتاژ محلی به ولتاژ دیگری در تجهیزات الکتریکی به کار می‌آیند که نسبت تبدیل ولتاژ معمولاً از 125 ولت به 250 ولت یا از 250 ولت به 125 ولت خواهد بود. از اتوترانسفورماتور متغیر به عنوان روشی کارآمد و بی‌صدا برای تنظیم ولتاژ لامپ‌های التهابی استفاده می‌شود.

انواع اتوترانسفورماتور متغیر با تپ قابل حرکت را به عنوان واریاک یا واریابل می‌شناسند. این یک نام تجاری برای ترانسفورماتور شرکت جنرال رادیو بوده که برای تغییر آسان ولتاژ خروجی از یک ولتاژ متناوب ثابت ورودی آن را به کار می‌گیرند. همچنین سایر سازندگان مانند شرکت دیمر نیز از این نام برای اتوترانسفورماتور خود استفاده می‌کنند.

اتوترانسفورماتور ولتاژ چیست؟

اتوترانسفورماتور ولتاژ، برخلاف ترانسفورماتورهای معمولی که دارای دو سیم‌پیچ جداگانه و ایزوله از یکدیگر هستند، تنها یک سیم‌پیچ واحد دارد که به‌ طور مشترک برای مدار اولیه و ثانویه استفاده می‌شود. این سیم‌پیچ واحد به گونه‌ای طراحی شده است که بخشی از آن به عنوان ورودی و بخشی دیگر به عنوان خروجی عمل می‌کند. این ساختار ساده‌تر موجب کاهش اندازه و هزینه‌های تولید می‌شود و به دلیل مشترک بودن سیم‌پیچ، انتقال انرژی با بازدهی بالاتری انجام می‌گیرد.

اتوترانسفورماتور خودکار چیست؟

اتوترانسفورماتور خودکار با وجود یک هسته مغناطیسی اصلی، تنها یک سیم‌پیچ داشته که به طور مشترک برای مدارهای اولیه و ثانویه به کار می‌رود. این اتوترانس به طور خودکار و بدون نیاز به دخالت انسانی، ورودی ولتاژ را تغییر می‌دهد تا بار را به نحو احسن از منبع دیگری تأمین کند.

کاربرد اتوترانسفورماتور متغیر (واریابل / واریاک)

استفاده از اتوترانسفورماتورهای متغیر در صنعت به منظور تنظیم ولتاژ در ماشین‌آلات مختلف کاربرد دارد. به عنوان مثال، این ترانسفورماتورها قادرند ولتاژ ورودی 480 ولت را به 600 ولت تبدیل کنند. واریاک‌ها، اغلب بین دو محدوده اصلی داخلی (100 تا 130 و 200 تا 250 ولت) تغییر ولتاژ انجام می‌دهند. همچنین، اتوترانسفورماتورها به عنوان یک راه‌حل برای کاهش نور چراغ‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند و در این حالت به آن‌ها دیمر نیز گفته می‌شود.

کاربرد اتوترانس متغیر یا واریاک‌ها را در کارگاه‌ها و آزمایشگاه‌های برق و الکترونیک می‌بینیم تا منبع تغذیه متغیری را فراهم آورند. با این حال، باید در استفاده از آن‌ها احتیاط کرد و از فیوزهای مناسب برای حفاظت از دستگاه‌ها استفاده شود تا ولتاژ بالاتر در شرایط غیرمطلوب مانند گسل، به پایانه‌های ثانویه نرسد.

انواع تست اتوترانسفورماتورها

انجام تست یک مرحله اساسی در فرآیند ارزیابی عملکرد اتوترانسفورماتورها در صنعت برق است. حال اشاره می‌کنیم که به منظور اطمینان از عملکرد صحیح، کیفیت و ایمنی، انواع تست اتوترانسفورماتور چیست؟

• تست رنگ
• تست ولتاژ شکست دی الکتریک
• تست آنالیز گاز محلول
• تست فلزات محلول
• تست روغن
• تست کشش سطحی
• تست ترکیبات فوران
• تست رطوبت کارل فیشر
• تست توان مایع پاکتور
• تست تعداد خنثی
• تست محتوای مهارکننده اکسیداسیون
• تست محتوای پلی کلروبیفنیل‌ها
• تست چگالی نسبی (وزن مخصوص)
• تست مقاومت الکتریکی
• تست بررسی چشمی

تست روغن اتوترانسفورماتور

روغن عایق در ترانسفورماتورها، نقش بسیار مهمی را در کارکرد ایمن و بهینه این دستگاه‌ها بر عهده دارد. هدف استفاده از روغن عایق، علاوه بر عایق کاری، خنک کردن اجزای داخلی ترانسفورماتور است؛ بنابراین، باید به کیفیت و ویژگی‌های روغن توجه شود. با زوال روغن ترانسفورماتور ناشی از عواملی مانند کاهش طول عمر و نفوذ رطوبت، تست دوره‌‌ای روغن ترانسفورماتور را باید در نظر گرفت. این تست‌ها که با توجه به استانداردهای مختلف بین‌المللی تعریف شده به شرکت‌های توزیع برق کمک می‌کند تا از دارایی‌های آن‌ها محافظت شود. با این تست‌ها، عمر ترانسفورماتور افزایش می‌یابد و زمان جایگزینی آن طولانی‌‌‌تر شده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

روند تست روغن اتوترانسفورماتور

ارزیابی خواص عایق کاری روغن ترانسفورماتور دی الکتریک از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این روش، با گرفتن یک نمونه از روغن ترانسفورماتور می‌توان ولتاژ شکست آن را اندازه‌گیری کرد. پس از ریختن روغن در مخزن دستگاه تست، دو الکترود آزمون استاندارد با فاصله 2.5 میلی‌متر را در آن قرار می‌دهیم تا با استفاده از روغن دی الکتریک احاطه شوند.

ولتاژ تست به الکترودها اعمال می‌شود و به طور پیوسته با نرخ ثابتی (2 کیلوولت بر ثانیه) تا رسیدن به ولتاژ شکست افزایش می‌یابد. در ولتاژ شکست، یک قوس الکتریکی رخ می‌دهد که افت ولتاژ تست را به همراه دارد. لحظه‌‌ای پس از اشتعال قوس الکتریکی، با خاموشی دقیق، سریع و اتوماتیک دستگاه، جلوی کربنی شدن در اثر قوس الکتریکی برای کاهش آلودگی‌ها گرفته شده یا به حداقل می‌رسد.

در نهایت با اندازه‌گیری میانگین ولتاژ شکست دستگاه تست روغن ترانسفورماتور، گزارش آن آماده می‌شود. در انتهای تست، روغن عایق به صورت اتوماتیک هم‌زده شده و با تکرار مراحل تست (تا 5 بار بسته به استاندارد)، ولتاژ شکست را به عنوان متوسط اندازه‌گیری‌های مجزا محاسبه می‌کنند.

استانداردهای بین المللی تست روغن اتوترانسفورماتور

بر طبق آنچه گفتیم، می‌خواهیم دریابید که استانداردهای بین المللی برای تست روغن اتوترانسفورماتور چیست؟ موارد زیر از انواع استانداردها هستند:

• VDE370-5/96
• OVE EN60156
• IEC 60156/95
• ASTM1816-04-1
• ASTM1816-04-2
• ASTM877-02A
• ASTM877-02B
• AS17670201
• BS EN60156
• NEN 10,156
• NF EN60156
• PA SEV EN60156
• SABS EN 60156
• UNE EN60156

جمع بندی

در این مطلب به این موضوع پرداختیم که اتوترانسفورماتور چیست؟ اتوترانسفورماتورها ابزارهای ضروری در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی مدرن محسوب می‌شوند و وظیفه اصلی آن‌ها را به صورت تنظیم و تغییر ولتاژ و جریان معرفی می‌کنند. انواع اتوترانسفورماتورها، شامل نوع افزاینده، کاهنده و متغیر بوده که به دلیل ساختار منحصربه‌فرد و کارایی بالا، در محیط‌های مختلف صنعتی، تجاری و خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با توجه به مزایایی نظیر اندازه کوچک‌تر، هزینه کمتر، بازدهی بالاتر و تنظیم ولتاژ بهتر نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی، این دستگاه‌ها به یکی از اجزای حیاتی در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند. البته برای بهره‌برداری حداکثری از کاربرد اتوترانس، نیاز به انجام انواع تست‌های دوره‌ای داشته تا عملکرد، کیفیت و ایمنی آن‌ها بالا رود.

سوالات متداول

• اتوترانسفورماتور چیست؟

این وسیله برای تنظیم و تغییر ولتاژ و جریان به کار می‌رود که توانایی افزایش یا کاهش ولتاژ و جریان بدون تغییر در توان و فرکانس را دارد.

• اتوترانسفورماتورها نسبت به نوع معمولی چه مزایایی دارند؟

اتوترانسفورماتورها نسبت به نوع معمولی، مزایایی همچون مصرف سیم، پایین آوردن حجم هسته فلزی و کوچک‌تر بودن اتوترانسفورماتور با ورودی و خروجی یکسان را دارد.

• عملکرد اتوترانسفورماتور افزاینده به چه صورت است؟

در اتوترانسفورماتور افزاینده، ولتاژ ورودی تا حد ولتاژ مورد نظر بالا می‌رود و ولتاژ خروجی به نسبت چرخش اتوترانسفورماتور تغییر می‌کند.

• به چه دلیل از روغن عایق در اتوترانسفورماتورها استفاده می‌کنند؟

هدف استفاده از روغن، علاوه بر عایق کاری، خنک کردن اجزای داخلی اتوترانسفورماتور است.

بیشتر بخوانید:

واریابل چیست و چرا باید از واریاک استفاده کنیم؟

محافظ برق یخچال و فریزر خوب را چطور انتخاب کنیم؟

دیود چیست و چه کاربردی دارد؟