Como funciona um autotransformador - como fazer

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

Essas tensões de saída podem variar de níveis mais altos do que a alimentação de entrada e mais baixos do que a rede CA de entrada, dependendo da relação de rotação do enrolamento entre os pontos de derivação relevantes.

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

Em um autotransformador, seções derivadas 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 magneticamente acoplados um ao outro, como mostrado abaixo.

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

Ou seja, se supor que o primário tenha 10 vezes mais voltas do que o secundário, então um 220 V CA alimentado no primário causará uma redução de 10 vezes na tensão no secundário, igual a 220 V / 10 = 22 V.

Da mesma forma, se um 22 V CA for aplicado 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 derivações de tensão, que determinam os diferentes níveis de tensão em todo o enrolamento, conforme mostrado abaixo.

Todas essas derivações não são isoladas eletricamente, mas podem ser energizadas magneticamente como nosso transformador padrão, permitindo a quantidade proporcional de tensão e corrente compartilhada entre as seções, dependendo das relações do enrolamento entre as derivações.

Como fazer um autotransformador

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

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

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

Detalhes de enrolamento

Use 400 V para volts primários e 1 ampere para a corrente. Depois de enrolado, você pode conectar torneiras em vários intervalos do enrolamento para adquirir as tensões de aumento ou redução desejadas.

Vantagens e desvantagens 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 a 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 transformador automático surge do fato de que nenhuma de suas saídas de enrolamento está eletricamente isolada da rede elétrica CA e pode causar um choque letal quando tocado na condição LIGADA.

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 existentes.

Inscrição

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

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

Isso normalmente é implementado por meio de um AVR ou um regulador automático de tensão, que comuta automaticamente os vários 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 entre os pontos de derivação para obter as tensões de aumento / redução nos pontos de derivação. Em um autotransformador, descobrimos que as seções primária (entrada) e secundária (saída) das bobinas têm suas espiras em comum.

Esta parte do enrolamento compartilhada pelos dois primários e secundários é normalmente conhecida como 'Seção Comum'.

Visto que a parte do enrolamento que se estende para fora 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 de um par de terminais ou taps, um terminal particular entre estes é normalmente em comum, tanto para o terminal de entrada e saída de tensão.

Em um autotransformador, uma vez que 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 tap será proporcional ao seu número de voltas.

Devido à indução magnética através do enrolamento e do núcleo, a tensão e a corrente serão adicionadas ou subtraídas proporcionalmente ao longo do enrolamento, dependendo do número de voltas.

Por exemplo, os pontos de derivação inferiores mostrarão tensões reduzidas e aumento de corrente com referência à linha de aterramento comum, enquanto os pontos de derivação superiores mostrarão tensões mais altas e corrente inferior em relação à linha de terra comum.

A derivação superior dentro da seção em série mostrará tensões mais altas do que a tensão de alimentação de entrada.

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

Como calcular a tensão e as curvas

Uma vez que os parâmetros tensão, corrente e número de voltas são proporcionais por natureza, a fórmula para calcular o ampere, a tensão e o número de voltas é governada pela fórmula universal simples fornecida abaixo:

N1 / N2 = V1 / V2 = I1 / I2

Vamos verificar o seguinte exemplo. É essencial ter pelo menos dois parâmetros em mãos, para determinar os parâmetros restantes durante o cálculo de um autotransformador.

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

Agora, suponha que queremos que o tap N7 no lado da saída produza 300 V AC, através da entrada de 220 V AC. 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 uma entrada de 220 V CA for aplicada.

Da mesma forma, se quisermos que o enrolamento N2 gere uma tensão, digamos, 24 V, então o número de voltas desta 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, devemos também saber a corrente nominal do enrolamento lateral de 220 V. Digamos que seja 2 amperes, então a corrente através do 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 corrente alternadas ampliadas e reduzidas personalizadas a partir desses transformadores, ao contrário de um autotransformador.

No entanto, com uma pequena modificação na unidade, um transformador normal pode ser convertido em um autotransformador. Para isso, simplesmente precisamos interconectar os fios laterais primários com os fios laterais secundários no 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 prático, simplesmente juntando os fios secundário / primário relevantes.

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