Como funciona um autotransformador – como fazer

Um autotransformador é um transformador elétrico que consiste em apenas um enrolamento único, contínuo e não isolado, com terminais de derivação em vários pontos do enrolamento. A seção de enrolamento entre as derivações que correspondem à rede CA é aplicada com a rede elétrica CA, enquanto as demais derivações são utilizadas para obter as tensões de saída desejadas, de acordo com suas relações de enrolamento.

Essas tensões de saída podem variar de níveis superiores à alimentação de entrada e inferiores à rede de entrada CA, dependendo da relação de espiras do enrolamento nos pontos de derivação relevantes.

A palavra “auto”, é inspirada no termo grego “self” que se refere ao funcionamento de uma bobina de enrolamento solitário em todo o transformador, sem envolver nenhum tipo de mecanismo automático.

Em um autotransformador, as seções com derivação de um único enrolamento contínuo funcionam como enrolamento primário e enrolamento secundário do transformador.

Diferença entre o Autotransformador e o Transformador Abaixador

Normalmente, em qualquer transformador abaixador padrão, encontramos duas bobinas de enrolamento completamente separadas na forma de enrolamento primário e enrolamento secundário que são eletricamente isolados, mas acoplados magneticamente um ao outro, conforme mostrado abaixo.

Aqui, a razão do enrolamento entre o primário e o secundário decide a quantidade de tensão e corrente transferida entre os dois enrolamentos por indução magnética.

Ou seja, suponha que o primário tenha 10 vezes mais espiras do que o secundário, então uma CA de 220 V alimentada no primário causará uma tensão 10 vezes menor no secundário, igual a 220 V/10 = 22 V.

Da mesma forma, se uma CA de 22 V for aplicada ao secundário, fará com que um aumento de 220 V seja gerado no lado primário.

Ao contrário disso, em um autotransformador há um único enrolamento contínuo dividido em várias tomadas de tensão, que determinam os diferentes níveis de tensão em todo o enrolamento, conforme mostrado abaixo.

Todas essas tomadas não são isoladas eletricamente, mas podem ser energizadas magneticamente, assim como nosso transformador padrão, permitindo um compartilhamento proporcional de tensão e corrente entre as seções, dependendo das relações do enrolamento entre as tomadas.

Como fazer um autotransformador

Um autotransformador pode ser construído usando os mesmos cálculos feitos para um transformador abaixador normal, exceto o lado secundário.

De fato, fazer um autotransformador é muito mais fácil do que o transformador padrão, pois aqui podemos eliminar o enrolamento do lado secundário e usar um único enrolamento contínuo primário de 300 V ou 400 V.

Então, basicamente, siga todas as etapas explicadas no artigo a seguir, pule os cálculos do lado secundário e implemente apenas os cálculos do lado primário de 220 V.

Detalhes do enrolamento

Use 400 V para os volts primários e 1 amp para a corrente. Uma vez enrolado, você pode conectar torneiras em vários intervalos do enrolamento para adquirir as tensões aumentadas ou reduzidas desejadas.

Vantagem e Desvantagem de um Autotransformador

Em um enrolamento de autotransformador normalmente temos um mínimo de 3 derivações que são terminadas eletricamente como saídas.

Devido ao fato de que um único enrolamento funciona como primário e secundário, os autotransformadores têm melhor vantagem de serem menores, mais leves e mais acessíveis do que os transformadores abaixadores convencionais de enrolamento duplo típicos.

No entanto, a desvantagem de um auto-tramsformer surge do fato de que nenhuma de suas saídas de enrolamento são eletricamente isoladas da rede CA e podem causar um choque letal quando tocadas na condição de ligado.

Entre as outras vantagens dos autotransformadores estão sua reatância de fuga reduzida, perdas reduzidas, corrente de excitação mais baixa e classificação VA aprimorada para qualquer dimensão e volume existente.

Inscrição

Um bom exemplo de aplicação de autotransformador é o conversor de voltagem do turista, que permite ao viajante conectar aparelhos de 230 V em fontes de alimentação de 120 volts, ou o contrário.

Um autotransformador com várias tomadas de saída pode ser utilizado para adaptar a tensão no final de um circuito de distribuição estendido para combater qualquer queda de tensão excedente. A mesma situação pode ser controlada automaticamente através de um circuito de comutação eletrônico.

Isso normalmente é implementado por meio de um AVR ou regulador automático de tensão, que comuta automaticamente os diversos taps do autotransformador por meio de relés ou triacs, para compensar a saída em resposta às mudanças na tensão da linha.

Como funciona

Conforme discutido acima, um autotransformador inclui apenas um enrolamento com 2 terminais finais.

Pode haver um ou mais terminais intermediários como pontos de derivação para obter as tensões aumentadas/descidas nos pontos de derivação. Em um autotransformador, encontramos a seção primária (entrada) e secundária (saída) das bobinas que têm suas espiras em comum.

Esta parte do enrolamento compartilhada pelos dois primário e secundário é geralmente conhecida como “Seção Comum”.

Considerando que, a parte do enrolamento que se estende para longe desta “seção comum” ou a seção que não é compartilhada entre o primário e o secundário é geralmente conhecida como “Seção em série”.

A tensão de alimentação primária (entrada) é conectada em dois dos terminais apropriados, cuja classificação ou especificação corresponde à faixa de alimentação de entrada.

A tensão secundária (saída) é obtida a partir de um par de terminais ou derivações, um terminal específico entre estes normalmente é comum, tanto para o terminal de tensão de entrada quanto para o de saída.

Em um autotransformador, como todo o enrolamento único é uniforme com suas especificações, seu volts por volta também é o mesmo em todos os pontos de toque. Isso significa que a tensão induzida em cada uma das seções de derivação será proporcional ao seu número de voltas.

Devido à indução magnética no enrolamento e no núcleo, a tensão e a corrente serão adicionadas ou subtraídas proporcionalmente no enrolamento, dependendo do número de voltas.

Por exemplo, os pontos de derivação inferiores mostrarão tensões reduzidas e correntes aumentadas em relação à linha de aterramento comum, enquanto os pontos de derivação superiores mostrarão tensões mais altas e correntes mais baixas em relação à linha de aterramento comum.

O tap mais alto dentro da seção em série mostrará tensões maiores que a tensão de alimentação de entrada.

No entanto, a transferência de potência de entrada e saída será a mesma. Ou seja, o produto de tensão e corrente ou V x I será sempre igual para as seções de entrada e saída.

Como calcular tensão e voltas

Como os parâmetros tensão, corrente e número de espiras são de natureza proporcional, a fórmula para calcular o ampere, a tensão e o número de espiras é regida pela fórmula universal simples dada abaixo:

N1/N2 = V1/V2 = I1/I2

Vamos verificar o exemplo a seguir. É essencial ter pelo menos dois parâmetros em mãos, para determinar os parâmetros restantes ao calcular um autotramsformer.

Aqui, temos o número de voltas e a tensão para o lado primário ou de entrada do autotransformador, mas não conhecemos os parâmetros do lado de saída ou do lado da carga.

Agora, suponha que queremos que a derivação N7 no lado da saída produza 300 V CA, através da entrada de 220 V CA. Portanto, podemos calcular da seguinte maneira simples:

N1/N7 = V1/V7

500/N7 = 220/300

N7 = 500 x 300 / 220 = 681 voltas.

Isso implica que se o enrolamento N7 tiver 681 espiras, ele produzirá os 300 V necessários, quando for aplicada uma entrada de 220 V AC.

Da mesma forma, se quisermos que o enrolamento N2 gere uma tensão, digamos 24 V, o número de voltas nesta seção da derivação pode ser calculado usando a mesma fórmula:

N1/N2 = V1/V2

500/N2 = 220/24

24 x 500 = 220 x N2

N2 = 500 x 24 / 220 = 55 voltas

Como calcular a classificação atual

Para calcular a corrente nominal do lado de saída de um autotransformador, também devemos conhecer a corrente nominal do enrolamento lateral de 220 V. Digamos que seja 2 amperes, então a corrente no enrolamento N7 pode ser calculada usando a seguinte fórmula de potência básica:

V1 x I1 = V7 x I7

220 x 2 = 300 x I7

I7 = 220 x 2 / 300 = 440 / 300 = 1,46 amperes.

Isso mostra que em um transformador automático, ou qualquer tipo de transformador, a potência de saída é idealmente quase igual à potência de entrada.

Como converter um transformador regular em um autotransformador

Conforme discutido nos parágrafos anteriores deste artigo, um transformador regular incorpora dois enrolamentos separados que são eletricamente isolados, formando os respectivos lados primário e secundário.

Uma vez que os dois lados do enrolamento são eletricamente isolados, torna-se impossível gerar tensões de alimentação CA intensificadas e reduzidas personalizadas desses transformadores, ao contrário de um autotransformador.

No entanto, com uma pequena modificação na unidade, um transformador regular pode ser convertido em um autotransformador. Para isso, basta interligar os fios do lado primário com os fios do lado secundário em formato s conforme mostrado no diagrama a seguir:

Aqui, encontramos um transformador abaixador comum de 25-0-25 V / 220 V sendo convertido em um pequeno autotransformador, simplesmente juntando os fios secundários/primários relevantes.

Uma vez que os fios são unidos da maneira mostrada, o autotransformador modificado permite que o usuário adquira uma rede intensificada 220 + 25 = 245 AC V, ou uma rede reduzida de 220 – 25 = 195 AC V saídas dos fios de saída relevantes.

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FONTE


Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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