Transformadores e Autotransformadores

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Transformadores 
 Seja em sistemas de infraestrutura, industriais ou aplicações domésticas, os transformadores desempenham importante papel.
 Os transformadores de tensão, chamados normalmente de transformadores, são dispositivos capazes de aumentar ou reduzir valores de tensão. São equipamentos utilizados na transformação de valores de tensão e corrente, além de serem usados na modificação de impedâncias em circuitos elétricos.
 O principio de funcionamento de um transformador é baseado nas leis de Faraday e Lenz, as leis do eletromagnetismo e da indução eletromagnética, respectivamente.
 Um transformador é constituído por um núcleo, feito de um material altamente imantável, e duas bobinas com número diferente de espiras isoladas entre si, chamadas primário (bobina que recebe a tensão da rede) e secundário (bobina em que sai a tensão transformada).
 O seu funcionamento é baseado na criação de uma corrente induzida no secundário, a partir da variação de fluxo gerada pelo primário.
 A grande maioria dos equipamentos eletrônicos empregam transformadores, seja como elevador ou abaixador de tensão. Quando a bobina é conectada a uma fonte de CA (corrente alternada) surge um campo magnético variável ao seu redor. Aproximando-se outra bobina à primeira, o campo magnético variável gerado na primeira bobina ”corta” as espiras da segunda bobina. Como consequência da variação de campo magnético sobre suas espiras surge, na segunda bobina, uma tensão induzida. Sendo que as bobinas são eletricamente isolas entre si, a passagem de energia é feita de uma para a outra exclusivamente através de força magnética. A tensão no secundário de um transformador é proporcional ao número de linhas magnéticas que cortam a bobina secundária. Por essa a razão, o primário e o secundário de um transformador são montados sobre um núcleo de material ferromagnético. O núcleo diminui a dispersão do campo magnético, fazendo com que o secundário seja cortado pelo maior número de linhas possível, obtendo uma melhor transferência de energia entre o primário e secundário.
AUTOTRANSFORMADOR VS. TRANSFORMADOR
 O transformador será composto de dois enrolamentos de condutores distintos que envolverão o mesmo núcleo de ferro, esta separação física entre os enrolamentos irá garantir uma vantagem ao transformador, uma isolação galvânica existe de modo a proteger a rede de alimentação da saída deste transformador.
 Esta isolação entre rede e carga garante uma proteção a ambos em relação a possíveis transientes de rede que possam vir a ser criados da rede para a carga ou mesmo da carga para a rede.
 Um inconveniente do transformador é que para a construção de duas bobinas o equipamento terá maiores dimensões e haverá um aumento considerável no preço devido a maior quantidade de material usado para a fabricação.
 O autotransformador é uma maquina elétrica que consegue fazer a mesma indução de potencia, a um circuito, com alteração de tensão e corrente, mas contrario ao transformador apenas um enrolamento é usado para isso, de acordo com a transformação desejada em determinada parte do enrolamento será derivado um “tap” e neste ponto teremos valores diferentes dos encontrados na entrado do autotransformador.
 A constituição diferenciada do autotransformador garante a ele certas ventagens, um melhor rendimento é encontrado no autotransformador e haverá uma menor queda de tensão nestes modelos. Outra grande ventagem é um preço reduzido se comparado ao transformador convencional.
 A estrutura magnética dos autotransformadores monofásicos e trifásicos é idêntica a dos transformadores normais, porém diferem na topologia elétrica.
 Os enrolamentos de tensão alta e tensão baixa formam um único enrolamento. O enrolamento de tensão baixa constitui uma parte do enrolamento de tensão alta, a fim de obter uma dupla economia de cobre.
 O autotransformador trifásico e monofásico também apresenta maior rendimento e menor queda de tensão em comparação com um transformador da mesma potência passante.
 O autotransformador monofásico e trifásico Powereng pode funcionar como um elevador de tensão ou rebaixador de tensão, pois ele é reversível.
Transformador vs Autotransformador (Construção)
Um transformador possui como característica principal e única de transformar o valor da energia de entrada para um valor único de saída, ou seja, transformar o valor de tensão da entrada que é dirigido para um circuito de uma forma que conecte a fonte de energia junto a carga, isso tudo através do determinado tap contido no enrolamento do transformador.
 O valor de tensão entre os taps na saída da bobina do transformador é gerado através do número de voltas contidas no enrolamento do transformador, esse fator do número de espiras da bobina e quem determina o valor de tensão na saída oposta a fonte de alimentação.
 Em sua grande maioria os autotransformadores possuem as mesmas capacidades de um
transformador comum, existem algumas limitações de serviços que acompanham um
autotransformador mas que não são obtidas em transformadores, como por exemplo a questão do isolamento do enrolamento.
 A falha nesse ponto no enrolamento de um autotransformador é criada uma tensão unida através de todo enrolamento, fazendo dessa forma com que a tensão de entrada seja a mesma na saída.
 Caso o enrolamento dentro de um autotransformador foi fabricado em uma proporção que permita expelir uma tensão de saída igual a de entrada, então nesse caso se ocorrer uma inversão do autotransformador e for aplicado tensão da fonte na saída do autotransformador, esse então terá na sua entrada uma tensão bem maior do que a permitida em sua entrada.
 Essa variável que deve ser estudada com muito cuidado ao projetar um autotransformador, pois esse tipo de equipamento possui aplicação em circuitos e que por sua vez são combinados com outros e são ligados a outros autotransformadores, assim caso ocorra um erro de indicação e a alimentação do autotransformador ocorra pelo lado oposto ao da fonte, com muita probabilidade o circuito sofrera uma deterioração.
Transformador convencional
 
 Autotransformadores são transformadores de tensão de entrada em diversos valores de tensão de saída, esse tipo é oposto ao transformador, pois no transformador existem somente uma saída e uma entrada, já no tipo autotransformador temos a possibilidade de algumas tensões diferentes na saída.
 Isso é possível pois um autotransformador é fabricado somente com uma bobina e um núcleo ferromagnético, essa bobina possui no lado da carga, ou seja, lado oposto a entrada de corrente, vários taps para configuração da bobina, dessa forma dependendo da posição do tap um tipo de tensão será gerado no aparelho. 
 Ele pode ser visto (e analisado) como um transformador de dois enrolamentos ligados em série ou como um transformador com um único enrolamento de onde se deriva o primário e o secundário.
Autotransformador: Abaixador
Relação de tensão
Relação de corrente
Potência aparente
 VB.I1 é a potência diretamente transferida ao secundário pela corrente primária sem qualquer transformação. Ela é chamada potência condutiva.
 VB.I2 é a potência transferida ao secundário pela corrente I2 pela ação transformadora. Ela é chamada potência transformada (ou eletromagnética).
 Comparação entre a potência transferida do primário para o secundário em transformadores e autotransformadores
Sauto > Strafo
 Isto ocorre porque a conexão elétrica entre os dois enrolamentos permite que uma quantidade de energia adicional possa ser (eletricamente) transmitida para a carga além da energia transmitida (magneticamente) através do campo magnético. 
 Obs: Os valores nominais de corrente de cada bobina continuam sendo respeitados como autotransformador.
Autotransformador: Elevador
Tipos de perda num autotransformador
 Nos transformadores a energia no circuito secundário nunca pode ser igual à energia do primário, ou seja, o resultado de que sempre todosprofissionais da área comentam, sempre há perdas num transformador.
 O enrolamento das bobinas executando sua função sobre ferro possui certas vantagens em baixa frequência de trabalho, já problemas causados pelo núcleo podem afetar outras áreas de seu transformador.
 O magnetismo gerado pelo núcleo do autotransformador ou do próprio transformador pode gerar perdas por corrente parasitas, essa perda afeta no desempenho do seu transformador e no consumo de energia para realizar o serviço.
Como calcular a potência do seu Autotransformador
 Imagine que comprou um equipamento e a tensão dele não esta compatível com a rede fornecida pela concessionaria da sua região, esse cenário ocorre diversas vezes no mundo com pessoas que trocam de cidades e/ou estados.
 A potência do transformador ou autotransformador é calculado sempre em função da demanda calculada para o mesmo, ou seja, a carga instalada e que em sua grande parte é sempre menor que a demanda.
 Para realizar o cálculo devemos levar em consideração o fator de potência (FP), pois tanto a corrente quanto a tensão nos enrolamentos são limitações independentes, sendo assim faz necessário calcular a demanda aparente (VA), desse modo entendemos o motivo de que a capacidade dos transformadores ou autotransformadores são medidos em VA e não em Watts. 
W x FP = VA
W: Potência do aparelho em Watts.
FP: Fator de potência da demanda calculada, considerando até 30% em motores e até 70% em eletrônicos;
VA: Potência do transformador ou autotransformador em Volt Ampére.
Rendimento de autotransformadores
Os transformadores isolados possuem alto rendimento onde as perdas por calor
se dão devidas as perdas do núcleo (PFe) e as perdas no enrolamento (PCu).
 O autotransformador transfere parte potência por condução. Conseqüente-mente, para a
mesma potência, um autotransformador é considerado menor comparado à um
transformador isolado. (Núcleo menor - PFe menor). Assim as perdas no núcleo são
consideravelmente menores para uma mesma potência. Aliado ao fato, temos ainda um único
enrolamento, por definição, comparado ao transformador isolado. Além da corrente que
circula em parte daquele enrolamento é a diferença entre as correntes primária e secundária.
 Esses fatores (enrolamento + corrente) tendem a reduzir também as perdas variáveis (PCu).
O efeito disso é que o autotransformador possui um rendimento excepcionalmente elevado (η
≥ 99%) muito próximo de ser ideal.
Vantagens:
- É possível transferir uma potência maior com o mesmo transformador quando este é ligado como um autotransformador (potência transformada + potência conduzida) 
Autotransformadores têm melhor rendimento, são fisicamente menores e mais baratos do que um transformador convencional correspondente.
 Autotransformadores podem ser utilizados como fontes de tensão variável através de contatos móveis que variam a relação N1/N2. 
 
Desvantagens:
O enrolamento de baixa tensão demanda melhor isolamento uma vez que está exposto ao enrolamento de alta tensão. 
Por que não se substitui os transformadores pelos autotransformadores ?
 O Auto-Transformador é utilizado para elevar ou abaixar tensões monofásicas, bifásicas ou trifásicas, adaptando a rede da concessionária de energia às necessidades do equipamento a ser usado.
 Já Transformador Isolador, além de desempenhar as mesmas funções do auto-transformador, isola galvânicamente a carga (consumidor) da rede elétrica. O seu enrolamento primário é isolado elétricamente do secundário. Entre os dois enrolamentos pode-se colocar uma malha (blindagem eletrostática) a qual, uma vez aterrada, contribui para a eliminação de ruídos elétricos oriundos da rede (concessionária). Utilizado também para a partir de uma configuração de entrada Delta (triângulo), composto por somente 3 fases, gera uma configuração de saída Estrela com neutro acessível, composto por 3 fases + neutro.
REFERÊNCIAS
https://www.mundodaeletrica.com.br/tipos-de-transformadores/
https://www.infoescola.com/eletricidade/transformadores/
http://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/transformador
http://www.rmseletrica.com.br/autotransformador
http://www.newocr.com/
https://www.sabereletrica.com.br/autotransformador/ 
http://www.tease.com.br/guia-tecnico/transformadores.htm