O princípio de operação e o dispositivo de transformadores trifásicos

A corrente trifásica pode ser transformada por três transformadores monofásicos completamente separados. Nesse caso, os enrolamentos das três fases não são conectados magneticamente entre si: cada fase possui seu próprio circuito magnético. Mas a mesma corrente trifásica pode ser transformada com um transformador trifásico, no qual os enrolamentos das três fases são conectados magneticamente entre si, pois possuem um circuito magnético comum.

Para esclarecer o princípio de funcionamento e dispositivo de um transformador trifásico, imagine três transformador monofásico, presos uns aos outros de modo que suas três hastes formem uma haste central comum (Fig. 1). Em cada uma das outras três barras, os enrolamentos primário e secundário são sobrepostos (na Fig. 1, os enrolamentos secundários não são mostrados).

Assuma que os enrolamentos primários em todas as pernas do transformador são exatamente os mesmos e enrolados na mesma direção (na Fig. 1, os enrolamentos primários são enrolados no sentido horário quando vistos de cima).Conectamos todas as extremidades superiores das bobinas ao neutro O e trazemos as extremidades inferiores das bobinas aos três terminais da rede trifásica.

Imagem 1.

As correntes nos enrolamentos do transformador criarão fluxos magnéticos variáveis ​​no tempo, cada um dos quais se fechará em seu próprio circuito magnético. Na haste composta central, os fluxos magnéticos somarão zero no total porque esses fluxos são criados por correntes trifásicas simétricas, em relação às quais sabemos que a soma de seus valores instantâneos é zero em todos os momentos.

Por exemplo, se a corrente na bobina AX I, foi a maior e ocorreu no indicado na fig. 1, então o fluxo magnético seria igual ao seu maior valor Ф e seria direcionado para a haste composta central de cima para baixo. Nas outras duas bobinas BY e CZ, as correntes I2 e Az3 no mesmo momento são iguais à metade da corrente mais alta e têm direção oposta em relação à corrente na bobina AX (esta é a propriedade de três correntes de fase). Por esta razão, nas hastes das bobinas BY e CZ, os fluxos magnéticos serão iguais à metade do fluxo máximo, e na haste composta central eles terão direção oposta em relação ao fluxo da bobina AX. A soma dos fluxos no momento em questão é zero. O mesmo vale para qualquer outro momento.

Nenhum fluxo na barra central não significa nenhum fluxo nas outras barras. Se destruirmos a haste central e conectarmos os jugos superior e inferior em jugos comuns (ver Fig. 2), então o fluxo da bobina AX encontrará seu caminho através dos núcleos das bobinas BY e CZ, e as forças magnetomotrizes destes bobinas irá adicionar junto com a força magnetomotriz da bobina AX. Neste caso, teríamos um transformador trifásico com um circuito magnético comum para todas as três fases.

Figura 2.

Como as correntes nas bobinas são defasadas em 1/3 do período, os fluxos magnéticos produzidos por elas também são defasados ​​em 1/3 do período, ou seja, os maiores valores dos fluxos magnéticos nas hastes e bobinas se sucedem após 1/3 do período...

A consequência do deslocamento de fase dos fluxos magnéticos nos núcleos em 1/3 do período é o mesmo deslocamento de fase e as forças eletromotrizes induzidas nos enrolamentos primário e secundário impostas às barras. As forças eletromotrizes dos enrolamentos primários quase equilibram a tensão trifásica aplicada.As forças eletromotrizes dos enrolamentos secundários, com a conexão correta das extremidades das bobinas, fornecem uma tensão secundária trifásica que é alimentada no circuito secundário.

Quanto à construção do circuito magnético, os transformadores trifásicos, como os monofásicos, são divididos em figos de haste. 2. e blindado.

Os transformadores de haste trifásicos são classificados em:

a) transformadores com circuito magnético simétrico e

b) transformadores com circuito magnético assimétrico.

Na fig. 3 mostra esquematicamente um transformador deslizante com um circuito magnético simétrico, e na fig. 4 mostra um transformador de haste com um circuito magnético desbalanceado. Como visto pelas três barras de ferro 1, 2 e 3, presas acima e abaixo por placas de jugo de ferro. Existem bobinas primárias I e secundárias II de uma fase do transformador em cada perna.

Figura 3.

No primeiro transformador, as hastes estão localizadas nos vértices dos ângulos de um triângulo equilátero; o segundo transformador tem as barras no mesmo plano.

A disposição das hastes nos vértices dos cantos de um triângulo equilátero dá resistências magnéticas iguais para os fluxos magnéticos de todas as três fases, uma vez que os caminhos desses fluxos são os mesmos. De fato, os fluxos magnéticos das três fases passam separadamente por uma haste vertical completamente e pelas outras duas hastes até a metade.

Na fig. 3 a linha pontilhada mostra as formas de fechar o fluxo magnético da haste fase 2. É fácil ver que para os fluxos das fases das hastes 1 e 3, as formas de fechar seus fluxos magnéticos são exatamente as mesmas. Isso significa que o transformador em questão tem as mesmas resistências magnéticas para os fluxos.

A disposição das hastes em um plano leva ao fato de que a resistência magnética para o fluxo da fase intermediária (na Fig. 4 para a fase da haste 2) é menor do que para os fluxos das fases finais (na Fig. 4 — para as fases das hastes 1 e 3).

Figura 4.

De fato, os fluxos magnéticos das fases finais se movem ao longo de caminhos ligeiramente mais longos que o fluxo da fase intermediária. Além disso, o fluxo das fases terminais deixando suas hastes passa inteiramente em uma metade do jugo e apenas na outra metade (após a ramificação na haste do meio) metade dela passa. O fluxo de fase intermediária na saída da haste vertical imediatamente se divide em duas metades e, portanto, apenas metade do fluxo de fase intermediária passa para as duas partes do garfo.

Assim, os fluxos das fases finais saturam o jugo em maior extensão do que o fluxo da fase intermediária e, portanto, a resistência magnética para os fluxos das fases finais é maior do que para o fluxo da fase intermediária.

A consequência da desigualdade das resistências magnéticas para os fluxos de diferentes fases de um transformador trifásico é a desigualdade das correntes sem carga em fases individuais na mesma tensão de fase.

No entanto, com baixa saturação de ferro na forquilha e boa montagem de barras de ferro, essa desigualdade de corrente é desprezível. Porque Como a construção de transformadores com circuito magnético assimétrico é muito mais simples do que a de um transformador com circuito magnético simétrico, os primeiros transformadores acabaram sendo os mais usados.Transformadores de circuito magnético simétrico são raros.

Considerando a fig. 3 e 4 e assumindo que as correntes fluem através de todas as três fases, é fácil ver que todas as fases são magneticamente acopladas entre si. Isso significa que as forças magnetomotrizes das fases individuais influenciam umas às outras, o que não temos quando a corrente trifásica é transformada por três transformadores monofásicos.

O segundo grupo de transformadores trifásicos são os transformadores blindados. Um transformador blindado pode ser considerado como se fosse composto por três transformadores blindados monofásicos ligados entre si por um garfo.

Na fig. 5 representa esquematicamente um transformador trifásico blindado com um núcleo interno localizado verticalmente. A partir da figura, é fácil ver que, através dos planos AB e CD, ele pode ser dividido em três transformadores blindados monofásicos, cujos fluxos magnéticos podem ser fechados cada um em seu próprio circuito magnético. Os caminhos do fluxo magnético na fig. 5 são indicados por linhas tracejadas.

Figura 5.

Como pode ser visto na figura, nas hastes verticais do meio a, nas quais os enrolamentos primário I e secundário II da mesma fase são sobrepostos, o fluxo total passa, enquanto nos garfos b-b e nas paredes laterais passa metade do fluxo . Na mesma indução, as seções transversais do garfo e das paredes laterais devem ser metade da seção transversal da haste intermediária a.

Quanto ao fluxo magnético nas partes intermediárias c — c, seu valor, como veremos a seguir, depende do método de inclusão da fase intermediária.

A principal vantagem dos transformadores de armadura sobre os transformadores de haste são os caminhos de fechamento curtos do fluxo magnético e, portanto, as baixas correntes sem carga.

As desvantagens dos transformadores blindados incluem, em primeiro lugar, a baixa disponibilidade de enrolamentos para reparo, devido ao fato de serem cercados por ferro e, em segundo lugar, as piores condições de resfriamento do enrolamento - pelo mesmo motivo.

Nos transformadores do tipo haste, os enrolamentos são quase totalmente abertos e, portanto, mais acessíveis para inspeção e reparo, bem como para o meio de resfriamento.

Transformador trifásico a óleo com tanque tubular: 1 — polias, 2 — válvula de drenagem de óleo, 3 — cilindro isolante, 4 — enrolamento de alta tensão, 5 — enrolamento de baixa tensão, 6 — núcleo, 7 — termômetro, 8 — terminais para baixa tensão, 9 — terminais de alta tensão, 10 — recipiente de óleo, 11 — relés de gás, 12 — indicador de nível de óleo, 13 — radiadores.

Mais detalhes sobre o dispositivo de transformadores trifásicos: Transformadores de potência - dispositivo e princípio de operação