O autotransformador é utilizado quando se pode prescindir do isolamento elétrico da rede de alimentação (ou seja, entre o enrolamento de entrada e o enrolamento de saída). Neste caso, os enrolamentos de entrada e de saída estão ligados eletricamente. É feita aqui uma distinção entre potência de passagem e potência nominal, sendo que a potência de passagem é sempre superior à potência nominal. Quanto menor for a diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída, menor será a potência nominal.

A norma correspondente para autotransformadores é a EN 61558-2-13.

Definição e propriedades básicas

Um autotransformador – frequentemente referido como autotransformador ou, no plural, como autotransformador – é um tipo especial de transformador (também conhecido coloquialmente como transformador) em que os lados primário e secundário não estão completamente separados um do outro. Em vez de dois enrolamentos separados, é utilizado um enrolamento comum, que é utilizado tanto para a tensão de alimentação como para a tensão de saída.

Esta conceção significa que parte da energia eléctrica é transmitida diretamente da entrada para a saída sem os desvios através de um acoplamento magnético completo. Isto resulta em vantagens de design, particularmente em termos de tamanho, peso e utilização de material. Ao mesmo tempo, a eficiência é aumentada, pois há menos perdas no núcleo de ferro e nos enrolamentos. Isto faz com que o autotransformador seja particularmente interessante para aplicações em que é necessário transmitir grandes potências com diferenças de tensão comparativamente pequenas.

Funcionalidade

A funcionalidade de um autotransformador baseia-se num enrolamento comum com várias derivações. Dependendo dos pontos em que a tensão é ligada, a tensão de saída pode ser superior ou inferior à tensão de entrada. As voltas individuais dentro do enrolamento determinam a relação de tensão.

Parte da potência é transmitida indutivamente, enquanto outra parte flui diretamente através do enrolamento. Esta combinação de transmissão direta e indutiva é caraterística e distingue-os dos transformadores clássicos com isolamento galvânico.

Este modo especial de funcionamento permite alcançar um maior grau de eficiência, uma vez que há menos perdas de energia. Ao mesmo tempo, o design permite uma adaptação flexível a diferentes requisitos de tensão. Especialmente com pequenas diferenças de tensão, a proporção de energia transmitida diretamente é maior, o que aumenta ainda mais a eficiência.

Produção e trabalhos de construção

Uma caraterística fundamental do Spartrafos é a distinção entre potência de produção e potência de construção.

A potência total transferida corresponde à potência total efetivamente transferida entre a entrada e a saída. Em contrapartida, a potência nominal descreve a potência para a qual o transformador deve ser concebido, ou seja, a potência que é efetivamente transmitida através do acoplamento magnético.

Uma vez que parte da energia é transmitida diretamente, a potência nominal é sempre inferior à potência de saída. Isto leva a uma menor utilização de material e permite designs mais compactos. Esta vantagem é particularmente evidente com pequenas diferenças de tensão, uma vez que a potência nominal é então muito reduzida. Isto permite poupar custos e, ao mesmo tempo, obter valores de desempenho elevados. Na prática, esta correlação é um fator decisivo na conceção e dimensionamento dos autotransformadores.

Vantagens dos autotransformadores

Os autotransformadores oferecem uma série de vantagens em relação aos transformadores convencionais:

• Menor necessidade de material (menos cobre e ferro)
• Design mais compacto
• Maior eficiência
• Perdas inferiores
• Eficiência de custos para aplicações adequadas

Estas vantagens são particularmente atractivas para aplicações em que o isolamento galvânico não é necessário. Além disso, constituem uma solução económica para a adaptação de tensões de rede, por exemplo, de 230 volts para outros níveis de tensão. A necessidade reduzida de espaço também pode ser uma vantagem decisiva em muitos sistemas técnicos.

Desvantagens e restrições

Apesar das suas vantagens, um transformador deste tipo tem também algumas limitações. A desvantagem mais importante é a falta de isolamento galvânico. Isto significa que existe uma ligação eléctrica direta entre o lado de entrada e o lado de saída.

Isto pode representar um risco de segurança em determinadas aplicações, especialmente se forem necessárias medidas de proteção para pessoas ou dispositivos sensíveis. Por conseguinte, os autotransformadores não devem ser utilizados em todo o lado, mas apenas onde os requisitos de segurança o permitam.

Outra desvantagem é que as falhas ou sobretensões podem ser transmitidas diretamente da entrada para a saída. As falhas na rede eléctrica também têm um efeito direto no lado da saída. Por conseguinte, devem ser cuidadosamente concebidas medidas de proteção adequadas, especialmente nas ligações eléctricas e em todos os contactos relevantes.

Aplicações típicas

Os autotransformadores são utilizados em muitas áreas onde é necessário o ajuste da tensão, mas não é necessário o isolamento elétrico. As aplicações típicas são

• Regulação da tensão em sistemas industriais
• Arranque de motores eléctricos (por exemplo, como arrancadores de autotransformadores)
• Ligação de redes com diferentes níveis de tensão
• Fontes de alimentação controláveis
• Instalações e sistemas de ensaio

Um exemplo típico é o ajuste das tensões de rede em aplicações internacionais. Informações adicionais sobre a tensão e a corrente são também registadas e analisadas em ambientes de teste, a fim de garantir o funcionamento dos sistemas.

Diferença para os transformadores de segurança

Em contraste com os transformadores de segurança, os autotransformadores não têm isolamento galvânico entre os lados primário e secundário. Enquanto os transformadores de segurança foram especialmente desenvolvidos para proteger as pessoas e garantir um isolamento elétrico seguro, os autotransformadores centram-se na eficiência e na poupança de material.

A conceção do enrolamento secundário também desempenha aqui um papel importante, especialmente no que diz respeito à tensão e à capacidade de carga.

Isto resulta em diferentes áreas de aplicação. Os transformadores de segurança são utilizados principalmente em aplicações críticas para a segurança, enquanto os autotransformadores são mais utilizados em áreas técnicas e industriais onde se aplicam outras medidas de proteção.

Normas e regulamentos

A norma relevante para os autotransformadores é a EN 61558-2-13, que especifica os requisitos para a conceção, segurança e funcionamento.

O cumprimento desta norma é importante para garantir uma utilização segura e em conformidade com a norma. Entre outras coisas, define valores-limite, métodos de teste e requisitos de isolamento. Os fabricantes devem respeitar rigorosamente estas especificações para garantir a segurança operacional e a fiabilidade dos dispositivos.

Estes requisitos são frequentemente descritos e explicados em pormenor na documentação técnica ou num artigo de acompanhamento.

Fórmula de cálculo e significado

A saída de tipo é calculada através da seguinte fórmula:

Potência de tipo = (1 – subtensão / sobretensão) * potência nominal

Esta fórmula mostra que a potência de construção necessária depende fortemente do rácio entre a subtensão e a sobretensão. Quanto menor for a diferença entre estas duas tensões, menor será a potência de construção necessária.

Esta é uma das principais razões pelas quais os autotransformadores são utilizados de forma particularmente eficiente para pequenos ajustes de tensão. Na prática, isto permite um design muito económico, especialmente para aplicações com níveis de tensão quase idênticos.

Resumo

Em resumo, o autotransformador é uma solução eficiente e económica para o ajuste da tensão quando não é necessária uma ligação eléctrica direta.

Graças à sua conceção especial, permite uma redução do material, dos custos e das perdas. Ao mesmo tempo, a sua utilização exige uma avaliação cuidadosa dos requisitos de segurança, uma vez que não estão isolados eletricamente uns dos outros.

Isto torna o autotransformador um componente importante para a transmissão eficiente de energia e para a adaptação de diferentes níveis de tensão, particularmente em aplicações industriais e sistemas técnicos.

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Tenha em atenção as nossas instruções para a utilização de autotransformadores trifásicos!