Autotransformadores — dispositivo, princípios, vantagens e desvantagens

Finalidade, dispositivo e princípio de operação dos autotransformadores

Em alguns casos, é necessário variar a tensão em uma pequena faixa. A maneira mais fácil de fazer isso não é transformadores de enrolamento duploe enrolamentos simples chamados autotransformadores. Se o fator de transformação for ligeiramente diferente da unidade, a diferença entre a magnitude das correntes nos enrolamentos primário e secundário será pequena. O que acontece se você combinar as duas bobinas? Você obterá um diagrama de um autotransformador (Fig. 1).

Os autotransformadores são classificados como transformadores para fins especiais. Os autotransformadores diferem dos transformadores porque seu enrolamento de baixa tensão faz parte do enrolamento de alta tensão, ou seja, os circuitos desses enrolamentos possuem não apenas uma conexão magnética, mas também galvânica.

Dependendo da inclusão dos enrolamentos do autotransformador, pode ocorrer aumento ou diminuição da tensão.

Arroz.1 Esquemas de autotransformadores monofásicos: a-step-down, b-step-up.

Se você conectar uma fonte de tensão alternada aos pontos A e X, um fluxo magnético alternado aparecerá no núcleo. Um EMF da mesma magnitude será induzido em cada uma das voltas da bobina. Obviamente, entre os pontos a e X haverá uma EMF igual à EMF de uma volta vezes o número de voltas fechadas entre os pontos a e X.

Se você conectar à bobina nos pontos a e X qualquer carga, a corrente secundária I2 passará por parte da bobina e ficará entre os pontos a e X. Mas, como a corrente primária passa pelas mesmas voltas I1, as duas correntes irá adicionar geometricamente e uma quantidade muito pequena de corrente fluirá ao longo da seção aX, determinada pela diferença entre essas correntes. Isso permite que uma parte do enrolamento seja cortada de um fio de bitola pequena para economizar cobre. Se considerarmos que esta seção compõe a maioria de todas as voltas, então a economia de cobre é muito perceptível.

Assim, é aconselhável usar autotransformadores para diminuir ou aumentar ligeiramente a tensão, quando se define uma corrente reduzida na parte do enrolamento, comum a ambos os circuitos do autotransformador, o que permite fazer com um fio mais fino e economizar não ferrosos metais. Ao mesmo tempo, diminui o consumo de aço para a produção de um circuito magnético, cuja seção transversal é menor que a de um transformador.

Nos conversores de energia eletromagnética - transformadores - a transferência de energia de uma bobina para outra é realizada por um campo magnético, cuja energia é concentrada no circuito magnético.Nos autotransformadores, a energia é transmitida tanto por meio de um campo magnético quanto por meio de uma conexão elétrica entre os enrolamentos primário e secundário.

Transformador e autotransformador

Os autotransformadores competem com sucesso com transformadores de dois enrolamentos quando sua taxa de transformação é ligeiramente diferente da unidade e é maior que 1,5 - 2. Quando a taxa de transformação está acima de 3, os autotransformadores não são justificados.

Estruturalmente, os autotransformadores praticamente não diferem dos transformadores. Existem duas bobinas nos núcleos do circuito magnético. Os condutores são retirados de dois enrolamentos e um ponto comum.A maioria das peças do autotransformador é estruturalmente indistinguível das peças do transformador.

Autotransformadores de laboratório (LATR)

Os autotransformadores também são usados ​​em redes de baixa tensão como reguladores de tensão de laboratório de baixa potência (LATRs). Em tais autotransformadores, a regulação de tensão é realizada movendo o contato deslizante ao longo das voltas do enrolamento.

Os autotransformadores monofásicos controlados em laboratório consistem em um circuito magnético ferromagnético anular envolto por uma única camada de fio de cobre isolado (Fig. 2).

Vários taps constantes são feitos a partir deste enrolamento, o que permite que esses dispositivos sejam usados ​​como autotransformadores abaixadores ou elevadores com uma certa taxa de transformação constante. Além disso, na superfície da bobina, limpa de isolamento, existe um caminho estreito ao longo do qual o contato da escova ou rolo se move para obter uma tensão secundária continuamente ajustável que varia de zero a 250 V.

Quando espiras adjacentes são fechadas no LATR, não ocorre fechamento de espira porque as correntes de linha e carga no enrolamento combinado do autotransformador estão próximas uma da outra e em direções opostas.

Os autotransformadores de laboratório são produzidos com potência nominal de 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Esquema de um autotransformador monofásico controlado em laboratório

Autotransformador de laboratório (LATR)

Autotransformadores trifásicos

Juntamente com os autotransformadores monofásicos de dois enrolamentos, os autotransformadores trifásicos de dois enrolamentos e trifásicos de três enrolamentos são frequentemente usados.

Nos autotransformadores trifásicos, as fases são geralmente conectadas em estrela com ponto neutro pontiagudo (Fig. 3). Se for necessário reduzir a tensão, a energia elétrica é fornecida aos terminais A, B, C e retirada dos terminais a, b, s, e com aumento da tensão — vice-versa. Eles são usados ​​como dispositivos de redução de tensão ao iniciar motores potentes, bem como para regulação gradual da tensão do terminal. elementos de aquecimento fornos elétricos.

Arroz. 3. Esquema de um autotransformador trifásico com conexão em estrela das fases do enrolamento com o ponto neutro removido

Os transformadores trifásicos de alta tensão com três enrolamentos também são usados ​​em redes elétricas de alta tensão.

Os autotransformadores trifásicos, por via de regra, no lado da tensão mais alta conectam-se em uma estrela com um fio neutro. A conexão em estrela fornece a queda de tensão para a qual o isolamento do autotransformador foi projetado.

A utilização de autotransformadores melhora a eficiência dos sistemas de energia, reduz os custos de transmissão de energia, mas leva a um aumento das correntes de curto-circuito.

Desvantagens dos autotransformadores

A desvantagem do autotransformador é a necessidade de isolar os dois enrolamentos para maior tensão, já que os enrolamentos são conectados eletricamente.

Uma desvantagem significativa dos autotransformadores é a conexão galvânica entre os circuitos primário e secundário, que não permite que sejam utilizados como alimentadores em redes de 6 a 10 kV quando a tensão cai para 0,38 kV, pois 380 V são fornecidos ao equipamento no qual as pessoas trabalham.

No caso de avarias devido à presença de uma ligação elétrica entre os enrolamentos do autotransformador, a tensão mais alta pode ser aplicada ao enrolamento inferior. Neste caso, todas as partes da instalação operacional serão conectadas à parte de alta tensão, o que não é permitido devido à segurança da manutenção e à possibilidade de quebra do isolamento das partes condutoras dos equipamentos elétricos conectados.

Autotransformadores de alta tensão