Como Fazer um Autotransformador de Baixo Custo

Quem já não teve problemas com os 110V/220V? Um certo equipamento que funciona em 110V não pode ser ligado na tomada 220V e já aquele que funciona em 220V não funciona em 110V. A solução é comprar um transformador ou um autotransformador, que no geral é muito caro e que pode não compensar. Mas afinal como esse tal de transformador e autotransformador funciona? São tudo a mesma coisa?  Será que daria para fazer um conversor de 110V para 220V sem gastar muito? Neste post mostrarei como podemos reaproveitar um transformador para elevar a tensão de 110V para 220V. A solução é simples e de baixo custo!  

Introdução - Transformador e Autotransformador

Os transformadores e autotransformadores são considerados como uma máquina elétrica que transmitem uma potência elétrica de um circuito para outro através do fenômeno da indução eletromagnética. A determinação das grandezas, tensão e corrente, podem ser determinadas através dos princípios estudados em eletromagnetismo. Descobriu-se que é possível criar uma corrente elétrica em determinado circuito através de um fluxo magnético variável, esse fenômeno é conhecido como Lei de Faraday ou Lei da Indução Eletromagnética, por se tratar de um fluxo variável os transformadores e autotransformadores só funcionam em correntes alternadas [1]. A Figura 1 ilustra um transformador e o seu circuito equivalente.

Figura 1 - Transformador para eletrônica e circuito equivalente.

Uma importante diferença entre o transformador de dois enrolamentos e o autotransformador é o fato de que o transformador de dois enrolamentos estarem eletricamente isolados, ao contrario que os do autotransformador estão conectados diretamente entre si.  Os autotransformadores possuem reatância de dispersão menor e maior eficiência [2]. A Figura 1 ilustra o circuito elétrico equivalente para um autotransformador.

Figura 2 - Autotransformador e seu circuito equivalente.

Em um transformador comum, a potência é transformada inteiramente pelo fenômeno da indução, entretanto para um autotransformador a potência é transferida por indução e por condução.  De fato, uma potência mais alta é obtida com um autotransformador uma vez que a potência de saída é o resultado da soma da potência impulsionada pela indução e da potência conduzida pelos fios de cobre [2].

Objetivo - Autotransformador de Baixo Custo (reciclagem).

O objetivo do projeto é fazer um autotransformador de baixo custo para elevar a tensão de 110V para 220V através da reutilização de uma transformador comum encontrado em sucatas (Transformadores de uso geral em eletrônica). A elevação da tensão vai possibilitar que equipamentos em 220V de baixa potência funcionem na rede 110V.

O projeto - Adaptação de um Transformador para Autotransformador.

Para utilizar um transformador comum do tipo ilustrado na Figura 3 como autotransformador algumas considerações devem ser feitas, pois essa máquina elétrica foi projetada para ser um transformador e não um autotransformado.
Os pontos mais importantes a serem considerados é a capacidade de corrente suportada nos enrolamentos e a ligação dos enrolamentos.

Figura 3 - Transformador abaixador comum de uso geral em eletrônica.

Um autotransformador pode ser gerado a partir dos enrolamentos primários de um transformador comum, as ligações necessárias para isso é apresentado na Figura 4.
Em geral é comum encontrar transformadores com primário em duas bobinas (110 + 110V). Essas bobinas podem estar conectadas em um ponto ou não, sendo o mais comum o primário com três fios, como ilustrada na Figura 3 (fios Ver. Azu. Pret. Bobina conectada entre em si em um ponto ). As bobinas do secundário não precisão ser conectadas. 

Figura 4 - Conexão do primário para a configuração Autotransformador.

Na sucata da Eletrônica em Casa um transformador de entradas de 110V/220V e saídas 9+9V/ 2,2A foi encontrado "dando sopa" (Figura 5). Esse transformador ligado na configuração autotransformador (Figura 4) vai fornecer uma tensão duas vezes maior.

Figura 5 - Transformador usado 110/220V com saída 9+9V / 2.2A

Mas qual é a potência máxima que esse novo circuito pode fornecer para um equipamento sem se danificar? Para responder essa pergunta basta saber qual é a corrente das bobinas primárias quando o transformador funciona em potência nominal!

Cálculos e considerações -  Adaptação de um Transformador para Autotransformador

• A Figura 6 ajuda a redimensionar um transformador para a reutilização como autotransformador.
• Com os dados do transformador (Figura 5) podemos descobrir a potência aparente nominal do transformador pela Equação (1).
• Sendo: 
• Sp    - Potência aparente do primário. 
• Ss    - Potência aparente do secundário.
• V12  - Tensão de saída no secundário. 

Ss=V12Is  (1)
 

Ss = 9V*2.2A = 20VA

•  Assumindo um rendimento unitário no transformado da Figura 6, então a corrente no primário pode ser obtida pelas Equações (2) e (3). Assim descobrimos a corrente do primário de Ip=0,182A.

  
  

  Ss=Sp     (2)                                                      Ip=Sp/Vab    (3)

   Ip=20VA/110V = 0,182A

Figura 6 - Calculo da potência nominal do transformador.

• Portando, os fios dos enrolamentos primários suportam uma corrente de 0,182A. Assumindo esse nível de corrente para o enrolamento que vai ser usado para elevar a tensão, enrolamento b'c na Figura 7 (I2=Ip), podemos com auxílio da Figura 7 definir a potência fornecida na saída do nosso autotransformador, Equação (4).

Ssaída = Vcb*I2 (4)

Scond=Vac*I2 (5)

Onde:   

Vcb=Vab + Vac     (6)          e               I=I2+Ip        (7)

Ssaída=220*0,182=40VA

Figura 7 - Equacionamento para o autotransformador.

Sendo:

I2            - Corrente do Secundário do autotransformador.

Ip            - Corrente do Primário do autotransformador.

I              - Corrente de entrada.

Vab         - Tensão de entrada nos terminais ab.

Vcb         - Tensão de saída nos terminais cb.

Sentrada - Potência aparente de entrada.

Sp            - Potência aparente do primário transformador.

Ssaída     - Potência aparente do secundário.  

• Assim a potência que o nosso transformador conectado como autotransformador pode fornecer com segurança é 40VA, ou seja o dobro da potência nominal do transformador.

Sentrada=Ssaída = Sp + Scond.        (8)

O dobro da potência nominal? Sim, pois a potência de saída é composta por uma parte da potência induzida e outra da potência conduzida diretamente da fonte para a saída através do enrolamento, Equação (8). Ou seja, a potência de 20VA é proveniente da indução e os outros 20VA são conduzidos diretamente da rede elétrica.

Assim é importante notar que uma carga superior que 40VA conectado na saída do circuito há grandes chances de provocar a queima do autotransformador, pois a potência conduzida seria maior e uma sobre corrente passaria pelos enrolamentos de elevação de tensão (enrolamento b'c), causando um sobre aquecimento e curto circuito dos enrolamentos.  

Montagem do circuito - Autotransformador

A Figura 8 ilustra a montagem completa do circuito para fazer com que um transformador comum de eletrônica se transforme em uma autotransformador aumentador de tensão. Um Led pode ser adicionado na bobina secundária para indicar a energização do equipamento (ver Figura 8).

Figura 8 - Circuito de ligação final para a montagem.

A montagem final do circuito pode ser visualizada na Figura 9. Nessa montagem foi reutilizado uma carcaça de um estabilizador de tensão que estava na sucata, essa carcaça possibilitou o reaproveitamento das tomadas de saídas para a conexão dos aparelhos. E claro que outras soluções podem ser utilizadas como fabricar a própria caixa ou utilizar uma outra carcaça disponível, a sua imaginação é o limite!

Para o teste de funcionamento, utilizou-se um umidificador de ar que funciona em 220V. Vale notar que a potência desse aparelho é de 20W (pode ser observado na Figura 9) , ou seja a metade da potência real disponível no autotransformador, o autotransformador funciona dentro dos limites de segurança!     

Figura 9 - Montagem final do circuito em uma carcaça reaproveitada de um estabilizador.

Conclusão

Um transformador de uso comum pode ser reutilizado para funcionar como autotransformador. Vale ressaltar que a potência final (Segura) do seu autotransformador é sempre o dobro da potência do transformador utilizado. Outro ponto interessante é o fato da possibilidade do transformador poder funcionar no sentido inverso, ou seja abaixar a tensão de 220V para 110V.

O interessante que um autotransformador de mesma potência é vendido no mercado livre entorno de 50 a 60 reais! Neste projeto foi gasto Zero reais para ser realizado, uma vez que o componentes foram inteiramente reciclados de sucatas.

[1] Mundo da Elétrica.
[2]Máquinas Elétricas de Fitzgerald e Kingsley - 6ª Ed. 2008