Para profissionais que buscam aprimorar seu conhecimento em eletrônica de potência e eletricidade, compreender as variações estruturais dos transformadores é crucial. Embora o transformador básico seja frequentemente estudado com apenas dois terminais de acesso no primário e dois no secundário, a prática do ramo elétrico revela transformadores com múltiplas opções de conexão. Essas variações estruturais, adaptadas à aplicação e necessidade específicas, permitem obter uma gama maior de tensões a partir de um único dispositivo.
As principais variações que encontramos nos transformadores residem na forma como a bobina secundária é construída e acessada, podendo envolver derivações (taps) ou a utilização de múltiplas bobinas isoladas.
1. Transformadores com Derivações (Taps)
As derivações, conhecidas tecnicamente como taps, são pontos de acesso adicionais retirados diretamente do corpo de uma mesma bobina, seja no primário ou, mais comumente, no secundário. Um transformador com derivações pode apresentar três, quatro, seis ou até mais terminais de acesso, dependendo da aplicação. O tap permite que o usuário acesse a tensão em diferentes pontos da bobina, obtendo novas tensões além daquelas disponíveis nas extremidades.
Para ilustrar o funcionamento de um tap, consideremos um transformador que possui as seguintes especificações:
- Tensão Primária ($V_p$): $200 V$
- Número de Espiras Primárias ($N_p$): $400$ espiras
- Número Total de Espiras Secundárias ($N_s$): $150$ espiras
Inicialmente, calculamos a relação Volts por Espira ($K$):
$$K = \frac{V_p}{N_p} = \frac{200 V}{400 \text{ espiras}} = 0,5 \text{ V/espira}$$
Essa relação de $0,5 \text{ V/espira}$ se mantém constante também no secundário. Portanto, a tensão total entre as extremidades do secundário será:
$$V_{s(\text{total})} = K \times N_s = 0,5 \text{ V/espira} \times 150 \text{ espiras} = 75 V$$
Tap Central (Center Tape)
Uma das derivações mais comuns é o tap central (center tape), que divide a bobina secundária exatamente ao meio. Se o transformador do nosso exemplo tem 150 espiras no secundário, o tap central será retirado no ponto que divide a bobina em duas seções de 75 espiras.
Com um tap central, a tensão nas extremidades continua sendo $75 V$. Contudo, se medirmos a tensão do tap central até cada extremidade, teremos uma divisão proporcional e igual, permitindo que o transformador forneça duas tensões adicionais:
$$V_{\text{Tap}} = K \times 75 \text{ espiras} = 0,5 \text{ V/espira} \times 75 \text{ espiras} = 37,5 V$$
Dessa forma, ao acessar o tap central, o técnico obtém $37,5 V$ de cada lado, mantendo os $75 V$ entre as extremidades.
Tap Deslocado
Nem sempre o tap está posicionado exatamente no meio; ele pode ser derivado de forma desproporcional para atender a necessidades específicas de tensão. Neste caso, não se trata de um center tape, mas apenas de um tap.
Considerando o nosso secundário de 150 espiras, se retirarmos o tap de forma que tenhamos 120 espiras de um lado e 30 espiras do outro:
- Tensão Lado A (120 espiras): $$V_a = 0,5 \text{ V/espira} \times 120 \text{ espiras} = 60 V$$
- Tensão Lado B (30 espiras): $$V_b = 0,5 \text{ V/espira} \times 30 \text{ espiras} = 15 V$$
Neste cenário, a tensão entre o tap e as extremidades é de $60 V$ e $15 V$, respectivamente, mantendo a tensão total de $75 V$ entre as extremidades. A possibilidade de adicionar múltiplos taps é limitada apenas pela aplicação e necessidade.
2. Transformadores com Múltiplas Bobinas Secundárias Isoladas
Outra variação importante é o transformador que possui mais de uma bobina no secundário (por vezes chamadas de bobina secundária, terciária, etc.). A principal distinção entre bobinas isoladas e bobinas com taps é que as bobinas isoladas não mantêm uma relação elétrica direta entre seus terminais, elas são independentes.
Utilizando novamente a relação de $K = 0,5 \text{ V/espira}$, imagine que o secundário seja composto por duas bobinas isoladas: a Bobina X (120 espiras) e a Bobina Y (30 espiras), totalizando as 150 espiras.
- Bobina X (120 espiras): $$V_x = 0,5 \text{ V/espira} \times 120 \text{ espiras} = 60 V$$
- Bobina Y (30 espiras): $$V_y = 0,5 \text{ V/espira} \times 30 \text{ espiras} = 15 V$$
Neste caso, o transformador possui quatro terminais de saída no secundário (dois para a Bobina X e dois para a Bobina Y). O técnico tem acesso a uma saída de $60 V$ e a uma saída de $15 V$, que são eletricamente isoladas.
Conexão Externa de Bobinas
Embora as bobinas sejam isoladas, o usuário pode junteá-las (fazer uma conexão física externa) para criar uma tensão combinada. Por exemplo, ao conectar a saída da primeira bobina com a entrada da segunda (como se estivesse juntando as duas em série), é possível criar uma bobina única e obter a soma das tensões:
$$V_{\text{Combinada}} = V_x + V_y = 60 V + 15 V = 75 V$$
Ao fazer essa conexão externa, a relação entre os terminais é estabelecida, efetivamente transformando as duas bobinas isoladas em uma única. Se o transformador for composto por bobinas com divisões proporcionais (por exemplo, duas bobinas isoladas de 75 espiras), cada uma forneceria $37,5 V$ isoladamente, ou $75 V$ se jumpeadas.
Conclusão
As variações estruturais dos transformadores, sejam por meio de taps centrais ou deslocados, ou pela inserção de múltiplas bobinas secundárias isoladas, são projetadas para aumentar a flexibilidade e utilidade do dispositivo. Enquanto os taps oferecem tensões diferentes a partir de uma única bobina inter-relacionada, as bobinas isoladas fornecem saídas de tensão totalmente independentes que podem ser combinadas externamente conforme a necessidade do circuito.
A escolha entre estas configurações depende inteiramente dos requisitos de tensão e isolamento elétrico da aplicação, sendo fundamental para o profissional da área elétrica compreender como essas derivações e bobinas são calculadas e acessadas.
