Projeto de transformador de potência

Um transformador é uma máquina elétrica que converte corrente alternada de uma voltagem em corrente alternada de outra voltagem.

Os principais elementos estruturais dos transformadores de potência: corpo, núcleo, enrolamentos, dispositivo de refrigeração, buchas e dispositivos de proteção (expansor, tubo de escape e relé de gás).

Os enrolamentos do transformador são dispostos de forma que o fluxo magnético criado pelo enrolamento primário penetre na maior parte dos enrolamentos secundários. Este requisito é garantido pela construção do núcleo de aço, que é um circuito magnético fechado. Dependendo do arranjo mútuo dos enrolamentos e do sistema magnético, existem dois tipos principais de transformadores: haste e armadura.

Em um transformador de haste, os enrolamentos estão localizados nas hastes do núcleo, que são conectadas por jugos que fecham o circuito magnético. O tipo haste é usado para fontes de alimentação e vários transformadores especiais. Um transformador blindado usa um circuito magnético ramificado que cobre o enrolamento, como se o "blindasse".A estrutura do núcleo semelhante a uma armadura é particularmente usada para pequenos transformadores monofásicos.

Transformador de haste trifásico:

O circuito magnético do transformador, chamado de núcleo, é montado a partir de chapas de aço-liga. Para não fechar as folhas, elas são pré-revestidas com uma fina camada de verniz ou coladas com papel.

O núcleo consiste em hastes que transportam bobinas e uma culatra que fecha o circuito magnético. A seção transversal do núcleo deve ser a mais próxima possível da forma das bobinas.

Em enrolamentos retangulares, a seção transversal do núcleo é retangular. Com rodada - o núcleo tem uma seção de vários níveis. Se o núcleo tiver uma grande seção transversal, são feitos canais de ar longitudinais para remover o calor, dividindo o núcleo em pacotes separados.

As folhas são unidas com pinos ou rebites. Folhas individuais não devem ser conectadas umas às outras, pois correntes parasitas podem ocorrer no plano de contato. Para evitar que as chapas se fechem pelos pinos e rebites, são colocados tubos isolantes sobre elas. As porcas e as cabeças dos rebites são isoladas das placas de prensagem do núcleo com arruelas elétricas de papelão.

Dois tipos de enrolamentos são usados ​​em transformadores: disco e cilíndrico.

Com um projeto de enrolamento em forma de disco, os enrolamentos primário e secundário são divididos em uma série de enrolamentos em forma de disco plano que se alternam em série no núcleo do transformador.

Em um enrolamento cilíndrico, os enrolamentos primário e secundário são dispostos concentricamente entre si. O enrolamento de baixa tensão geralmente é colocado mais próximo do núcleo, pois é mais fácil isolá-lo do aço.

Ao fazer enrolamentos, deve-se fazer uma distinção entre o isolamento de fios individuais, o isolamento entre camadas e enrolamentos, o isolamento entre os enrolamentos primário e secundário (secundário) e o isolamento dos enrolamentos em relação ao núcleo.

Os enrolamentos do transformador são feitos de fio de cobre coberto com isolamento. Para isolar os fios enrolados, papel, às vezes fio de seda de algodão, folha de verniz (esmalte) ou várias camadas de isolamento são usadas, por exemplo, uma camada de verniz e uma camada de fio de seda, uma camada de papel e uma camada de fio de algodão , etc

Separadores de papel são usados ​​como isolamento entre as camadas. Os enrolamentos são isolados com arruelas ou gaxetas elétricas de papelão envoltas em fita, papel ou pano embebido em óleo.

As pontas dos enrolamentos do transformador são retiradas com o auxílio de buchas, que as isolam do corpo aterrado (tanque).

Dispositivo transformador:

Existem duas formas básicas de conectar os enrolamentos de um transformador trifásico: conexão delta e conexão estrela. Quando os enrolamentos são conectados em delta, a tensão de fase é igual à tensão de linha e a corrente de fase é 1,73 vezes menor que a corrente de linha. Quando os enrolamentos são conectados em estrela, a tensão de fase é 1,73 vezes menor que a tensão de linha e a corrente de fase é igual à linha.

O método de conexão dos enrolamentos em um transformador trifásico é de grande importância, pois dele depende o ângulo de fase da tensão secundária em relação ao primário. A mudança de fase entre a tensão do enrolamento primário e secundário também depende da direção do enrolamento das bobinas. Para mais detalhes veja aqui: Esquemas e grupos para conectar enrolamentos de transformadores de potência

Onde os transformadores são projetados para trabalhos paralelos conjuntos, é necessário que os potenciais instantâneos das fases desses transformadores sejam iguais. Os transformadores que têm o mesmo deslocamento de fase entre as tensões de linha dos enrolamentos de alta e baixa tensão são atribuídos ao mesmo grupo de conexões de enrolamento, às quais é atribuído um número de acordo com a designação da hora.

Para isolar o enrolamento do núcleo e isolar o enrolamento de alta tensão do enrolamento de baixa tensão, são utilizados cilindros duros prensados ​​​​de papel cozido ou cilindros feitos de papelão elétrico, os chamados cilindros macios.

Na construção de transformadores, é amplamente utilizado um óleo mineral (petróleo) especial, denominado transformador… Os tanques são preenchidos com óleo de transformador e um núcleo com enrolamentos é imerso nele. Este projeto é adotado para transformadores de alta potência, para transformadores retificadores de alta potência, para transformadores de pulso de alta potência.

O óleo do transformador, do qual a umidade e as impurezas foram removidas, ou seja, seco e purificado, é um bom isolante entre os enrolamentos e a caixa de metal. Além disso, o óleo do transformador, que tem uma condutividade térmica mais alta que o ar, conduz bem o calor das partes ativas do transformador para as superfícies externas do tanque.

À medida que a potência do transformador aumenta, as perdas crescem mais rapidamente do que suas dimensões geométricas, o que leva à necessidade de aumentar sua superfície de resfriamento. Veja os detalhes aqui: Sistemas de refrigeração para transformadores de potência

Na prática, são utilizados dispositivos que convertem tensão alternada, nos quais os enrolamentos primário e secundário são conectados eletricamente. Esses dispositivos são chamados de autotransformadores.

Um autotransformador difere de um transformador convencional porque seus enrolamentos primário e secundário são conectados não apenas indutivamente (como em um transformador convencional), mas também eletricamente.

Veja também: Características de desempenho de transformadores de potência