Transformadores com Múltiplos Enrolamentos: De Derivações a Variacs — Guia Completo

Transformadores com Múltiplos Secundários

Transformadores são notavelmente versáteis. Embora o projeto clássico de primário único e secundário único seja amplamente ensinado, muitas aplicações práticas beneficiam-se de enrolamentos secundários adicionais. Considere um transformador onde três indutores compartilham um núcleo magnético comum, cada um magneticamente acoplado aos outros.

 

Transformador com múltiplos secundários fornece múltiplas tensões de saída.

 

Em tal configuração, as regras de razão de espiras que governam tensão e corrente ainda se aplicam a cada par de enrolamentos. Você pode até projetar um transformador com um primário, um secundário abaixador e um elevador todos no mesmo núcleo.

Historicamente, este layout era comum em fontes de alimentação a vácuo, que precisavam de baixas tensões para filamentos (6–12 V) e altas tensões para placas (centenas de volts) a partir de uma fonte de 110 V AC.

Estes transformadores fornecem saídas eletricamente isoladas em níveis de tensão e corrente muito diferentes, tudo a partir de uma única fonte primária.

 

Fotografia de um transformador de múltiplos enrolamentos com seis bobinas, um primário e cinco secundários.

 

O transformador de seis enrolamentos mostrado foi projetado para suprir tanto a alimentação de filamento de baixa tensão quanto a alimentação de placa de alta tensão para sistemas a vácuo, tudo a partir de uma única fonte de 115 V. A fotografia esconde 15 condutores que levam as várias saídas secundárias.

Se o isolamento entre secundários não for crítico, um único enrolamento secundário pode ser derivado em múltiplos pontos para criar vários barramentos de tensão, como ilustrado abaixo.

 

Um único secundário derivado fornece múltiplas tensões.

 

Transformador com Chave Multipolar

Uma derivação é simplesmente uma conexão feita ao longo do comprimento de um enrolamento entre suas extremidades. A familiar relação de razão de espiras vale para cada segmento derivado, permitindo que um transformador ofereça muitas opções de tensão discretas.

 

Um secundário derivado usando uma chave para selecionar uma de muitas tensões possíveis.

 

Transformador Variável

Estendendo o conceito de derivação, um contato deslizante pode percorrer um enrolamento exposto, efetivamente fornecendo uma derivação em cada espira. Isso produz uma faixa contínua de tensões de saída.

 

Um contato deslizante no secundário varia continuamente a tensão secundária.

 

Controladores de velocidade de trens em miniatura nos anos 1950 e 1960 usavam este princípio. Seus transformadores abaixavam de 110–120 V AC para tensões menores, com o contato deslizante fornecendo controle de velocidade fino sem desperdiçar potência em um resistor variável.

Transformadores industriais de grande escala tipicamente usam derivações fixas ou chaves multipolares em vez de contatos deslizantes, porque contatos móveis são impraticáveis em altos níveis de potência. Chaves de derivação geralmente são operadas apenas quando o transformador está desenergizado.

Autotransformador

Como um único enrolamento pode ser derivado para emular múltiplos enrolamentos, é possível eliminar a bobina secundária inteiramente. O resultado é um autotransformador, uma única bobina derivada que eleva ou abaixa a tensão mas não fornece isolamento.

 

Este autotransformador eleva a tensão com um único enrolamento derivado, economizando cobre, sacrificando isolamento.

 

Um autotransformador abaixador seria similar, com a derivação posicionada para reduzir a tensão em vez de aumentá-la.

 

Este autotransformador abaixa a tensão com um único enrolamento derivado economizador de cobre.

 

Autotransformadores são ideais para aplicações que requerem um modesto aumento ou redução de tensão. Em vez de construir um par correspondente de enrolamentos primário e secundário, um único enrolamento com uma derivação basta, reduzindo custo e peso.

Na configuração "elevadora", a polaridade da bobina secundária alinha de forma que sua tensão soma à do primário. Na configuração "abaixadora", a polaridade do secundário subtrai do primário.

 

Transformador comum ligado como autotransformador para elevar a tensão da linha.

 

Transformador comum ligado como autotransformador para abaixar a tensão da linha.

 

A vantagem chave de um autotransformador é o enrolamento único, que reduz custos de material e peso comparado a um transformador totalmente isolado com enrolamentos primário e secundário separados.

Variac: Autotransformador Variável

Enrolamentos de autotransformador podem ser derivados para fornecer múltiplas razões, e um contato deslizante pode transformá-los em um dispositivo totalmente variável. Esta forma, conhecida como Variac, é amplamente usada em laboratórios e circuitos de hobbyistas.

 

Um variac é um autotransformador com derivação deslizante.

 

Variacs de bancada permitem que técnicos abaixem ou elevem tensão AC doméstica com uma faixa fina e contínua de controle, simplesmente girando um botão.

 

REVISÃO:

• Transformadores podem incluir múltiplos pares primário-secundário, permitindo uma gama de razões step-up e step-down em uma única unidade.
• Derivações de enrolamento segmentam uma única bobina em múltiplas seções de tensão.
• Transformadores variáveis usam um braço móvel para contatar o enrolamento em qualquer ponto, oferecendo ajuste contínuo de tensão.
• Um autotransformador é uma única bobina derivada que altera tensão sem isolamento.
• Um Variac é um autotransformador variável.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de Autotransformadores