Neste texto, explicaremos o que é um autotransformador, suas principais características e suas aplicações. Desse modo, você saberá de que forma eles podem atender às necessidades do seu projeto.
O que é um autotransformador
O autotransformador, como já foi introduzido no artigo tipos de transformadores, é um transformador cujos enrolamentos primário e secundário estão conectados em série. Dentro deste princípio, a ABNT define o autotransformador como o transformador no qual parte de um enrolamento é comum a ambos os circuitos, primário e secundário, a ele ligados. O autotransformador possui apenas um enrolamento, de maior tensão, com N espiras, das quais uma parte atua como enrolamento de menor tensão. Essa maior tensão pode agir como circuito primário (receptor de potência) ou secundário (fornecedor).
Relações de tensões e correntes
No autotransformador da figura abaixo, a tensão do lado secundário é a tensão do enrolamento comum, enquanto a tensão primária é a soma das tensões nos terminais dos enrolamentos comum e série. Ou seja:
Onde:
Vp = Tensão no circuito primário
Vs = Tensão no circuito secundário
V1 = Tensão no enrolamento série
V2 = Tensão no enrolamento comum
N1 = Número de espiras no enrolamento série
N2 = Número de espiras no enrolamento comum
Como as tensões estão relacionadas ao número de espiras dos enrolamentos, para fins práticos pode-se dizer que:
Diferentemente do transformador convencional que possui a relação:
A relação entre as correntes no primário e no secundário, desprezando-se a corrente de magnetização, pode ser obtida de forma análoga:
Potência nominal de um autotransformador
Em um transformador convencional, transmite-se a potência entre o primário e o secundário de forma totalmente eletromagnética, sem conexão elétrica entre o primário e o secundário. Já no autotransformador, transmite-se eletricamente uma parte da potência disponível no secundário. A potência nominal de um transformador monofásico é dada por:
Onde:
STMN = Potência nominal de um transformador monofásico
V1 = Tensão no circuito primário
I1 = Corrente no circuito primário
Se tal transformador conectar-se na forma de um autotransformador sem alterar o número de espiras das bobinas do primário e secundário, tem-se:
Essa equação prova que um transformador normal, sendo convertido em um autotransformador, terá a potência disponível maior. Portanto, em princípio, um autotransformador terá o custo por kVA menor que o de um transformador convencional.
Vantagens de um autotransformador
Como possui apenas um enrolamento, a corrente de saída tem uma porção fornecida pelo lado alimentado e a outra induzida pelo campo magnético, o que permite o uso de um núcleo menor e requer menos condutores. Assim, o autotransformador costuma ser menor, mais leve e mais barato do que um transformador isolador, que possui dois ou mais enrolamentos. Além disso, outra vantagem é que não possui entrada e saída definidas. Por isso, seu uso pode estar relacionado a elevar ou rebaixar a tensão. Ele é muito utilizado para transformar a tensão de 110V para 220V e vice-versa.
Desvantagens
A principal desvantagem do autotransformador é o fato de não proporcionar isolamento galvânico entre o circuito primário e o secundário. Isso significa que os dois circuitos estão conectados eletricamente. Além disso, se ocorrer um curto-circuito no enrolamento secundário, a corrente no primário será elevada, provavelmente danificando o equipamento. Caso o enrolamento secundário seja interrompido por algum motivo, ou seja, torne-se um circuito aberto, a tensão do secundário será igual à tensão do primário. Por este motivo, deve-se sempre optar por equipamentos que sigam todas as normas técnicas aplicáveis, bem como escolher fornecedores que possuam certificações que atestem o compromisso com a qualidade.
Aplicações
O variac, muito utilizado em laboratórios de testes de aparelhos elétricos devido à possibilidade de uma tensão de saída variável, é um autotransformador. Desse modo, essa variação da tensão é possível através da derivação de um “tap” no enrolamento dele. Em outras palavras, de acordo com a posição do “tap”, varia o número de voltas dos circuitos primário e secundário do autotransformador, o que leva à variação da tensão de saída.
Outra aplicação comum de autotransformador é na partida de motores (autotransformadores de partida) com chave compensadora com o objetivo de reduzir a corrente de partida e, por consequência, quedas de tensão na rede de alimentação.
Por fim, utilizam-se autotransformadores também para regular a tensão de linhas de transmissão. É importante ressaltar que, quando a relação de transformação é de 3 ou mais, a aplicação do autotransformador deixa de ser interessante e recomenda-se o uso de um transformador. Além disso, em aplicações que requeiram isolamento entre os circuitos primário e secundário, e ainda filtragem de harmônicas de alta frequência, o autotransformador também deixa de ser uma opção, dando lugar ao transformador.
