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Autotrasformatore

Che cos'è e come funziona un autotrasformatore?

L'autotrasformatore è un trasformatore elettrico costituito da un avvolgimento elettrico unico, avvolto su un singolo nucleo magnetico per ogni fase; ciò lo differenzia dal trasformatore ordinario che invece comprende, per ogni fase, due avvolgimenti distinti.

Si consideri per semplicità un autotrasformatore monofase: in esso la corrente primaria I1 del circuito di alimentazione ad alta tensione V1 circola tanto nella sezione in serie quanto in quella comune (si veda immagine seguente).

Invece la corrente secondaria I2 del circuito di utilizzazione a tensione V2 circola unicamente nella parte comune dell'avvolgimento, dove si somma vettorialmente con la corrente del circuito primario.

Autotrasformatore

Schema di un autotrasformatore: l'avvolgimento primario, connesso all'alta tensione V1, è costituito dall'intero numero di spire dell'avvolgimento, mentre l'avvolgimento secondario ne comprende soltanto una porzione, ovviamente comune ai due circuiti, da cui viene prelevata la bassa tensione V2.

Esiste dunque un collegamento elettrico diretto tra gli avvolgimenti primario e secondario e la corrente nell'avvolgimento comune è uguale alla differenza I1-I2 tra le due correnti.

La caratteristica principale di un autotrasformatore è che la tensione di ingresso sull'avvolgimento primario (V1) è legata alla tensione sull'avvolgimento secondario (V2) dal rapporto tra il numero di spire dei rispettivi avvolgimenti (N1/N2), ovvero:

V1/ V2 = N1/N2

Vantaggi dell'autotrasformatore

In conseguenza a quanto sopra esposto, un autotrasformatore, a pari potenza apparente (chilovoltampere, kVA) di targa, è generalmente meno pesante e di dimensioni più ridotte di un trasformatore ordinario con due avvolgimenti.

Mantenendo la densità di corrente uguale nelle due sezioni, in serie e comune, dell'avvolgimento e quindi adottando per la sezione comune conduttori molto più sottili di quelli usati nell'avvolgimento della sezione in serie, la potenza di dimensionamento di un autotrasformatore risulta dal prodotto della potenza apparente di uscita (dal lato bassa tensione) per il complemento del rapporto di trasformazione, cioè per (V1 - V2)/ V1.

Quando questo coefficiente di riduzione è piccolo, cioè quando i valori della bassa e dell'alta tensione sono prossimi, si ha un largo vantaggio di costo dell'autotrasformatore; aumentando tale rapporto le dimensioni e il costo di un autotrasformatore si avvicinano a quelli di un normale trasformatore.

Tipi di autotrasformatori

Autotrasformatori di elevata potenza sono usati per l'interconnessione delle reti ad alta tensione.

Piccoli autotrasformatori sono invece usati per servizio intermittente di avviamento di motori: il motore viene alimentato per breve tempo con la tensione ridotta fornita dall'avvolgimento comune dell'autotrasformatore e quindi collegato alla piena tensione di rete.

Piccoli autotrasformatori con rapporto variabile vengono impiegati nei circuiti di prova e come componenti di svariate apparecchiature.

Gli autotrasformatori, in virtù delle loro minori dimensioni, hanno generalmente corrente magnetizzante, perdite a vuoto e perdite sotto carico inferiori a quelle dei trasformatori ordinari corrispondenti; inoltre l'impedenza e la caduta di tensione sono normalmente più basse a causa della connessione tra i due circuiti e si riducono praticamente a quelle della sola porzione in serie.

Prese

Negli autotrasformatori possono essere previste prese per variare il rapporto delle spire delle due sezioni, così da poter regolare la tensione di uscita per una data tensione di entrata. Tali prese possono essere disposte o sull'avvolgimento in serie o su quello comune.

I piccoli autotrasformatori con rapporto variabile usati per prove sono provvisti di una spazzola di contatto che viene usata come terminale e che può essere mossa lungo le spire comuni in modo da ottenere tensione di uscita variabile da zero fino al valore di circa il 100% dell'alta tensione.

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