Como funciona o autotransformador e suas diferenças
Um autotransformador tem apenas um único enrolamento de tensão que é comum a ambos os lados. Esse único enrolamento é derivado em vários pontos ao longo de seu comprimento (TAPs). Dessa forma, os TAPs são usados para fornecer uma porcentagem da alimentação de tensão primária através de sua carga secundária. Dessa forma, o autotransformador tem o núcleo magnético usual, mas tem apenas um enrolamento, que é comum aos circuitos primário e secundário.
Em um autotransformador os enrolamentos primários e secundários são conectados eletricamente e magneticamente. A principal vantagem deste tipo de projeto de transformador é ser mais barato para a mesma classificação de VA. Em contrapartida, a maior desvantagem de um autotransformador é não ter isolamento entre os enrolamentos primário e secundário.
A seção de enrolamento designada como a parte principal do enrolamento é conectada à fonte de energia CA com o secundário sendo parte deste enrolamento primário. Um autotransformador pode ser usado para aumentar ou diminuir a tensão de alimentação, invertendo as suas conexões. Se o primário for o enrolamento total e o circuito secundário estiver conectado por um TAP, então a tensão secundária será “reduzida” como mostrado.
Projeto
Quando a corrente primária IP flui através do único enrolamento na direção da seta, a corrente secundária, IS , flui na direção da carga. Portanto, na porção do enrolamento que gera a tensão do secundário (VS) a corrente que flui para fora do enrolamento ( IS) é a soma de I e IP .
O Autotransformador pode ser construído com mais de uma derivação (TAP). Transformadores automáticos podem ser usados para fornecer diferentes pontos de tensão ao longo de seu enrolamento. Ou seja, aumentando ou reduzindo a tensão de alimentação em relação à tensão de primário (VP).
Autotransformador com múltiplos TAPs
O método padrão para marcar um enrolamento de autotransformador é com letras maiúsculas. Geralmente, a conexão neutra é marcada como N ou n. Para as derivações secundárias, o sufixo Vs é usado para os pontos de derivação seguido de um número. Dessa forma, os números geralmente começam no “1” e continuam em ordem crescente para todos TAPs.
Marcações dos Terminais
Um autotransformador é usado principalmente para os ajustes das tensões de linha para alterar seu valor ou para mantê-lo constante. Se o ajuste de tensão for pequeno, a relação do transformador também é pequena, pois VP e VS são quase iguais. Da mesma forma que as correntes IP e IS também são parecidas. Assim sendo, a porção do enrolamento de maior tensão pode ser montado a partir de um condutor de menor secção. Já que as correntes são muito menores, consegue-se economizar em seu custo.
Os autotransformadores são claramente muito mais baratos que os transformadores convencionais de dupla bobina com a mesma classificação VA. Ao decidir usar um autotransformador, é comum comparar seu custo com o de um tipo de ferida duplo equivalente.
A relação “n” entre o primário e o secundário é definida como a razão entre a tensão mais baixa e a mais alta. Dessa maneira, pode ser mostrado que a economia em cobre é: n * 100%. Por exemplo, a economia de cobre para os dois autotransformadores seria:
Exemplo de Autotransformador
Um autotransformador é necessário para aumentar a tensão de 220 volts para 250 volts. O número total de voltas da bobina no enrolamento principal do transformador é 2000. Determine a posição do TAP, as correntes primária e secundária, quando a saída é classificada em 10KVA e a economia de cobre.
Assim, a corrente primária é de 45,4 amperes, a corrente secundária consumida pela carga é de 40 amperes. Em contrapartida, somente 5,4 amperes fluem através do enrolamento comum. Por fim, a economia do cobre é de 88%.
Desvantagens dos autotransformadores
- A principal desvantagem de um autotransformador é que ele não tem isolamento de enrolamento primário para secundário. Ou seja, um autotransformador não é seguro na redção de tensões altas para tensões muito mais baixas.
- Se o enrolamento secundário se tornar em circuito aberto, a corrente do enrolamento primário será zero, interrompendo a ação do transformador. Por fim, a tensão primária será disponibilizada diretamente nos terminais do secundário.
- Se o circuito secundário entrar em curto-circuito, a corrente do primário será muito maior danificando-o com facilidade.
- Como o Neutro é comum aos enrolamentos, o aterramento do enrolamento secundário é o Terra do primário.
O autotransformador tem muitos usos e aplicações, incluindo:
- partida de motores de indução;
- regular a tensão de linhas de transmissão;
- transformar tensões quando a relação primária para secundária for próximo de 1.
Um autotransformador também pode ser feito a partir de transformadores convencionais de dois enrolamentos, conectando os enrolamentos primário e secundário juntos em série. Dependendo de como a conexão é feita, a tensão secundária pode adicionar ou subtrair a tensão primária.
O autotransformador tem muitas vantagens sobre os transformadores convencionais isoladores. Eles geralmente são mais eficientes para a mesma classificação de VA, são menores em tamanho e, como exigem menos cobre em sua construção, seu custo é menor. Além disso, suas perdas de núcleo e cobre, I2R, são menores devido à menor resistência e reatância, proporcionando uma regulação de tensão superior ao equivalente ao transformador de dois enrolamentos.
Partida do Autotransformador
Quando os transformadores são conectados através da linha de alimentação, a corrente de partida do equipamento conectado será de 10 a 15 vezes mais do que a corrente nominal do equipamento, então a corrente total flui através dos 2 enrolamentos do transformador por uma fração de tempo.
Em alguns transformadores esteróides, a corrente de energização é 60 vezes maior do que sua capacidade nominal. Em grandes transformadores, essa corrente transitória pode permanecer por alguns segundos até que o equilíbrio ou tempo de estabilização seja alcançado.
Da mesma forma, no autotransformador, a corrente de energização também é severa quando a fonte de alimentação é conectada ao transformador no momento em que a tensão está cruzando o tempo de trânsito zero onde a corrente de carga depende da resistência e indutância dos enrolamentos do transformador.
Para grandes transformadores com indutâncias muito altas em comparação com a carga transitória, o tempo da corrente também será grande e vice-versa.
O Autotransformador Variável
Esse tipo de autotransformador pode ser empregado na produção de uma tensão CA variável a partir de uma fonte de tensão CA fixa. Este tipo de autotransformador variável é geralmente usado em laboratórios científicos em escolas e faculdades. Sendo comumente conhecido como Variac.
A construção de um autotransformador variável, ou variac, é a mesma do tipo fixo. Um único enrolamento primário enrolado em torno de um núcleo magnético laminado é usado como primário fixo. Em contrapartida, o TAP em vez de ser fixado em algum ponto é montado de forma variável. Ou seja, a tensão secundária pode ser variada através de uma escova de carbono tocando o primário. Essa escova de carbono desliza ao longo de uma seção exposta do enrolamento primário, fazendo contato com ela à medida que ela se move, fornecendo o nível de tensão necessário. Em outras palavras, um autotransformador variável contém uma derivação variável.
O autotransformador variável é geralmente projetado com um número alto de espiras. Dessa maneira, é possível produzir uma tensão secundária de alguns volts até frações de um volt. Isso é conseguido porque a escova ou o controle deslizante de carbono está sempre em contato com uma ou mais voltas do enrolamento primário. Como as bobinas primárias estão uniformemente espaçadas ao longo de seu comprimento, a tensão de saída se torna proporcional à rotação angular.
Simbologia
Os variacs também são muito úteis em oficinas e laboratórios elétricos e eletrônicos, pois podem ser usadas para fornecer uma fonte de CA variável. Um cuidado deve ser tomado, o uso de fusível para garantir que a tensão de alimentação mais alta não esteja presente nos terminais secundários em condições de falha.
Procedimento de teste de autotransformador
Quando os transformadores são recebidos da fábrica ou realocados de outro local, é necessário verificar se cada transformador está seco, nenhum dano ocorreu durante o transporte, as conexões internas não foram afrouxadas, a relação do transformador, polaridade e impedância concordam com sua placa de identificação, sua principal estrutura de isolamento está intacta, o isolamento da fiação não foi interligado e o transformador está pronto para funcionar.
O tamanho físico, a classe de tensão e a classificação kVA são os principais fatores que ditam a quantidade de preparação necessária para colocar os transformadores em serviço. O tamanho e a classificação kVA também determinam o tipo e o número de dispositivos auxiliares que um transformador exigirá.
Todos esses fatores afetam a quantidade de testes necessários para certificar que um transformador está pronto para ser energizado e colocado em serviço.
Alguns testes e procedimentos podem ser realizados por especialistas durante a fase de montagem. Testes especiais, além dos listados, também podem ser necessários. Muitos exigem equipamentos especiais e conhecimentos que os eletricistas de construção não têm e não se espera que forneçam.
Alguns testes são realizados por uma equipe de montagem, enquanto outros testes são feitos pela (s) pessoa (s) que fazem os testes elétricos finais nos transformadores.
Além disso, as seguintes descrições de teste fornecem um ponto de ancoragem do qual pedir ajuda quando necessário.
Os seguintes itens são discutidos ou descritos:
- Dados da placa de identificação
- Componentes auxiliares e verificações de fiação
- Pára-raios
- Dispositivos de temperatura
- Testes TC
- Temperatura do enrolamento e imagem térmica
- Faturamento de energia
- Indicação Remota de Temperatura
- Faturamento de potência do transformador
- Tensão auxiliar
- Relação de tensão
- Chave de transferência automática
- Polaridade
- Sistema de refrigeração
- Relação transformador-voltas
- Dispositivo de potencial
- Tap´s
- Proteção de equipamentos auxiliares e alarmes
- Impedância de curto-circuito
- Carregamento geral
- Sequência Zero
- Verificações de viagem
- Resistência de enrolamento
Autotransformador trifásico
Um transformador automático trifásico é um tipo especial no qual o enrolamento comum está sendo compartilhado pela alta e baixa tensão. AC trifásica sendo fornecida no primário e a saída é coletada no secundário. O transformador automático trifásico é usado para tal aplicação onde a baixa tensão é usada no sistema de distribuição. Não há isolamento elétrico entre eles. Ele é projetado para aumentar e diminuir a tensão e trabalhar com o princípio de indução magnética.
Os principais recursos do autotransformador trifásico são os seguintes:
- Classificação de 3 KVA a 500 KVA
- Frequência 50/60 Hz
- Trifásico
O autotransformador trifásico é usado em aplicações de energia para conectar o sistema operando em uma linha de transmissão de 66Kv a 138Kv.
Classificação do autotransformador trifásico
É classificado em KVA variando sua capacidade de (1 KVA-500KVA). Sua faixa de tolerância (± 5%). A resistência de isolamento usada no transformador automático trifásico é de 2000M 2000.
Para calcular o KVA trifásico, usamos a fórmula abaixo
KVA = (volts * amp * 1,73) / 1000
Aplicações de autotransformador
- Usado em motores síncronos e de indução como parte do propósito de partida.
- laboratórios de teste de aparelhos elétricos
- boosters em alimentadores CA para aumentar o nível de tensão desejado.
- Usado para partida de motores de gaiola de esquilo e motores de indução de anel deslizante.
- Para sistemas de interconexão que estão operando em tensões limite.
- Como impulsionadores para aumentar as tensões de entrada
Limitações do Autotransformador
- Não deve ser usado para sistemas operáveis isolados, pois o aterramento é comum para equipamentos conectados de entrada e saída do transformador.
- As questões de segurança devem ser tomadas com rigor, pois o fenômeno de base comum pode criar uma ameaça humana e até morte.
- Uma falha no isolamento do enrolamento do autotransformador resultará em tensão de entrada total aplicada à saída.
AutoTransformador , de IP-00 , IP-23 e IP-65 nas tensões:
- 220/380V
- 440/220V ou 380/220V
- 220/440V
- 5KVA , 10KVA , 15KVA , 20KVA , 30KVA , 40KVA , 50KVA , 75KVA , 100KVA , 150KVA , 200KVA, 250KVA ,300KVA ,350KVA e 400KVA
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