Autotransformador: O que é, Vantagens e Desvantagens
Os autotransformadores são uma forma de transformador em que apenas um enrolamento é usado e, tendo derivações no enrolamento, é capaz de fornecer transformação de tensão.
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Transformadores Inclui:
Transformadores, tipos, aplicações | Transformadores de pulso | Autotransformadores e Variacs
Veja também: Tipos de indutores | Especificações de indutores
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A maioria dos transformadores tem dois ou mais enrolamentos, mas também é possível criar um transformador que use um único enrolamento – um autotransformador.
Com um autotransformador, várias derivações são usadas no enrolamento para permitir que a taxa de aumento ou redução necessária seja usada.
Alguns autotransformadores possuem até uma derivação variável no enrolamento para permitir a obtenção de uma tensão de saída variável. Esses autotransformadores variáveis são frequentemente conhecidos como Variacs, embora a palavra ‘Variac’ seja um nome comercial e o termo autotransformador variável seja provavelmente mais apropriado para uso geral.
Noções básicas do autotransformador
Como já mencionado, um autotransformador é uma forma de transformador que possui apenas um enrolamento, que atua como primário e secundário e ainda pode transformar tensões para cima e para baixo.
O conceito básico de um autotransformador pode ser visto no símbolo ou diagrama do circuito acima.
Um autotransformador deve ter pelo menos três conexões – uma comum conectada ao terra ou neutro, uma de entrada e outra de saída. Se a entrada e a saída estivessem conectadas ao mesmo tap, não haveria transformação da tensão de entrada e não faria sentido usar o autotransformador.
No símbolo do circuito mostrado, pode-se ver que a entrada está conectada a uma derivação fixa e a saída pode ser conectada a qualquer uma das várias derivações.
Quaisquer derivações mais abaixo na bobina do que o ponto onde a entrada está conectada e quaisquer derivações usadas que estejam mais acima na bobina darão uma tensão maior do que a entrada.
O autotransformador segue as mesmas regras que regem os transformadores normais em termos de transformação de tensão.
Onde:
Ep é o lado primário EMF
Es é o lado secundário EMF
Np é o número de voltas para o tap de entrada
Ns é o número de voltas para o tap de saída
Da mesma forma, se a tensão na saída for maior que a tensão de entrada, ela fornecerá menos corrente do que a entrada.
As potências nominais de entrada e saída são as mesmas, se quaisquer perdas no transformador forem ignoradas. Geralmente, essa é uma suposição bastante segura, pois as perdas são relativamente baixas e raramente são necessários valores exatos – embora para medições de perda, etc., isso seja importante.
Assim, os níveis de corrente de entrada e saída podem ser calculados:
Onde:
Ip é a corrente do lado primário
Es é a corrente do lado secundário
Np é o número de voltas para o tap de entrada
Ns é o número de voltas para o tap de saída
Vantagens e desvantagens do autotransformador
O autotransformador é um desenvolvimento interessante do formato básico do transformador e, como qualquer componente eletrônico, tem suas vantagens e desvantagens.
Vantagens do autotransformador:
Os transformadores automáticos têm muitas vantagens e, por esse motivo, são usados em uma variedade de aplicações diferentes, desde fontes de alimentação a circuitos de RF e muito mais.
- Peso: como um autotransformador usa um único enrolamento e o núcleo pode ser menor, pois não precisa acomodar dois ou mais enrolamentos, um autotransformador pode ser muito mais leve do que um transformador de vários enrolamentos comparável.
- Custo: Como o autotransformador possui apenas um único enrolamento e um tamanho menor, o custo de um autotransformador será menor do que o de um transformador equivalente de vários enrolamentos.
- Vazamento de fluxo: Como apenas um único enrolamento é usado para o autotransformador, a ligação de fluxo é melhor do que a de um transformador com vários enrolamentos.
- Classificação VA aumentada para determinado tamanho: Muitos autotransformadores são usados para fornecer energia a vários itens elétricos. Aqui a classificação VA é de grande importância. Os autotransformadores fornecem uma classificação VA muito maior para um determinado tamanho de custo quando comparados a um transformador de vários enrolamentos e isso pode ser uma vantagem significativa em muitas circunstâncias.
Vantagens do autotransformador:
- Isolamento: Tendo em vista que é utilizado um único enrolamento, não há isolamento entre a entrada e a saída.
- Segurança: Um dos problemas com um autotransformador usado com altas tensões é que, se o enrolamento quebrar ou se a conexão neutra ou de aterramento for desconectada, a tensão total de entrada poderá ser aplicada à saída – o transformador agindo como uma série indutor.
Como todos os outros componentes eletrônicos, os autotransformadores têm suas vantagens e desvantagens. Estes precisam ser avaliados e tomada uma decisão sobre seu uso para o projeto elétrico ou eletrônico específico ou aplicação específica.
Aplicações de autotransformador
Existem muitas áreas onde os autotransformadores podem ser usados tanto para usos elétricos de maior potência quanto para usos de menor potência em equipamentos eletrônicos.
Para usos elétricos, os autotransformadores são amplamente utilizados para transformar os níveis de tensão, geralmente para permitir que equipamentos de 240 V sejam usados a partir de uma linha de alimentação de 110 V ou vice-versa. Nessas aplicações não é necessário o isolamento de um transformador completo, pois o equipamento que está sendo processado fornecerá isso. O uso de um autotransformador economizará no tamanho do custo e também será menor do que um transformador completo equivalente.
Autotransformadores também podem ser processados dentro de circuitos de RF para casamento de impedância. Usar um único indutor com as derivações relevantes fornecerá um componente mais eficaz e eficiente do que um usando dois enrolamentos, pois as perdas podem ser maiores.
Embora as aplicações de autotransformadores dentro do projeto de RF nem sempre possam ser consideradas como sendo um autotransformador, o princípio é exatamente o mesmo usado para transformação de tensão de alta potência e baixa frequência.
O que é um Variac
Um autotransformador variável, também conhecido como Variac, é uma forma ou autotransformador onde a saída pode ser variada usando um botão de controle manual.
O nome Variac é na verdade um nome comercial, mas a palavra passou a ser usada diariamente para descrever um autotransformador variável.
O nome comercial Variac era propriedade da General Radio desde 1934, mas foi adquirido pela Instrument Service Equipment em 2002.
O autotransformador variável geralmente é enrolado em um formador circular ou toroidal e normalmente possui um enrolamento onde o isolamento do fio foi removido em uma área para permitir que um controle deslizante (normalmente com ação circular) deslize ao longo do enrolamento e ‘descarregue’ o nível de tensão necessário.
A saída é retirada dessa escova deslizante condutora ou controle deslizante para a saída.
A tensão total de entrada é aplicada nos terminais de entrada e a saída é retirada do ponto de derivação.
Freqüentemente, a tensão de entrada é aplicada em todo o enrolamento, mas isso permite apenas níveis de tensão de saída menores que a entrada a ser gerada. Se a entrada for aplicada a uma derivação, geralmente próxima ao topo da bobina, é possível fornecer uma capacidade de aumento.
Existem muitos usos para autotransformadores variáveis. Em uma aplicação, eles podem ser usados para alterar a linha de alimentação de entrada ou a tensão de rede para várias formas de equipamentos elétricos ou de rede/alimentação por linha de energia. Eles também podem ser usados como dimmers de luz que não produzem grandes quantidades de harmônicos e interferência eletromagnética que são produzidos por dimmers baseados em SCR ou Tiristor.
Os autotransformadores variáveis também podem ser automatizados para regular automaticamente a tensão de saída e isso pode ser particularmente útil para situações em que a tensão de entrada pode variar.
Os autotransformadores, tanto estáticos quanto variáveis, são ideais para muitas aplicações. Eles encontram muitos usos e são particularmente conhecidos por seu uso em aplicações elétricas, embora o mesmo princípio também possa ser usado em muitos projetos de RF.
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