Transformador Isolador Trifásico

Transformador Isolador Trifásico

Transformador Isolador Trifásico fornecem uma tensão específica em seu enrolamento secundário. Entretanto, para transferir a energia elétrica entre sua entrada e saída, eles precisam estar ligados a uma carga elétrica.

Anteriormente, foi citado que o transformador ideal é aquele em que não há perdas no núcleo. Ou seja, não existe perda de cobre nos enrolamentos dos transformadores. No entanto, nos transformadores monofásicos e transformadores isoladores trifásicos do mundo real, sempre haverão perdas associadas à carga dos transformadores. Mas o que queremos dizer com Transformador em Carga?

Transformador sem carga

Bem, primeiro vamos ver o que acontece com um transformador quando ele está nesta condição de “sem carga”. Quando não há carga elétrica conectada ao seu enrolamento secundário, não há corrente secundária fluindo.

Diz-se que um transformador está em “sem carga” quando o seu enrolamento secundário está em um circuito aberto. Em suma, nada está conectado e a carga do transformador é zero. Quando uma tensão CA é conectado ao primário de um transformador, uma pequena corrente, I_O , fluirá. Assim que houver tensão de alimentação no primário, essa corrente surgirá, independente da carga estar presente.

Com o circuito secundário em aberto, uma FCEM, somada a resistência do enrolamento primário atua para limitar o fluxo de corrente primária. Obviamente, essa corrente primária sem carga (Io) deve ser suficiente para manter campo magnético suficiente para produzir a FEM.

Condição “sem carga” dos Transformador Isolador Trifásico

Mesmo sem carga, um amperímetro indicará uma pequena corrente fluindo através do enrolamento primário. Mesmo que o circuito secundário esteja em circuito aberto haverá corrente. Essa corrente primária sem carga é composta dos dois componentes a seguir:

• Uma corrente em fase, I_E, que fornece as perdas do núcleo (corrente parasita e histerese).
• Uma corrente pequena, I_M a 90 ^o com a tensão, que configura o fluxo magnético.

Observe que a corrente primária sem carga, Io , é muito pequena em comparação com a corrente normal de carga total dos transformadores. 

Exemplo de Carga em Transformador Isolador Trifásico

Um transformador isolador monofásico tem um componente de energia I_E de 2A e um componente magnetizante, I _M de 5A. Calcule a corrente sem carga, Io e o fator de potência resultante.

 

Transformador “em Carga”

Quando uma carga elétrica é conectada ao enrolamento secundário do transformador uma corrente flui no enrolamento secundário e sai para a carga. Em suma, a tensão induzida pelo fluxo magnético faz circular uma corrente pela carga.

A corrente secundária, I_S , que é determinado pelas características resistivas da carga, cria um campo magnético Φ_S no núcleo do transformador. Este campo flui no sentido oposto do campo primário, Φ_P . Desta forma, os dois campos magnéticos se opõem, resultando em um campo magnético combinado de menor força magnética quando comparado ao campo formado sem carga. Este campo magnético combinado reduz a FCEM do enrolamento primário, fazendo com que a corrente primária, I _P, aumente ligeiramente. A corrente primária continua a aumentar até que o campo magnético do núcleo esteja de volta à sua resistência original. A fim de que os transformador isolador funcione corretamente, sempre deve existir uma condição balanceada entre os campos magnéticos primário e secundário. 

Sabe-se que a relação de voltas de um transformador é a proporção entre tensão primário/secundário. Além disso, a potência de saída e a entrada de energia de um transformador é expressa em (VA) volts vezes ampères, (V x I ). Assim sendo:

Relação dos Transformador Isolador Trifásico

• Onde:
•   N _P / N _S  = _P V / V _S   – representa a relação de tensão
•   N _P / N _S  = I _S / I _P   – representa a relação de corrente

Observe que a corrente é inversamente proporcional à tensão e ao número de espiras. Isso significa que, com carga no enrolamento secundário, para manter um nível de potência equilibrado nos enrolamentos dos transformador isolador trifásico, se a tensão for aumentada, a corrente deve ser reduzida e vice-versa. Em outras palavras, “maior tensão – menor corrente” ou “menor tensão – maior corrente”.

Como uma relação no transformador isolador trifásico é o quociente entre o número de voltas no primário e secundário, a voltagem através de cada enrolamento e a corrente através dos enrolamentos, podemos rearranjar a equação da relação de transformador acima para encontrar o valor de qualquer voltagem desconhecida, ( V ) corrente, ( I ) ou número de voltas, ( N ) como mostrado.

Já que a corrente total consumida pelo enrolamento primário é a soma vetorial da corrente sem carga, Io e a corrente de alimentação adicional, I₁. Desse modo a carga do transformador secundário fica atrasada em relação a tensão de alimentação por um ângulo de Φ. Dessa forma, podemos mostrar essa relação como um diagrama fasorial.

Corrente dos Transformador isolador Trifásico

Se tivermos correntes, I_S e Io , podemos calcular a corrente primária, I_P pelos seguintes métodos:

Exemplo de Carga em Transformador isolador

Diferente do transformador trifásico o transformador monofásico tem 1000 espiras em seu enrolamento primário e 200 espiras em seu enrolamento secundário. A corrente “sem carga” dos transformadores em sua alimentação é de 3A com um fator de potência de 0,2. Calcule a corrente primária do enrolamento (I_P) e seu fator de potência correspondente (φ) quando a corrente no secundário, fornecida a carga, é de 280A em 0,8 de atraso.

Nota-se que o ângulo de fase da corrente primária, φ_P é quase a mesmo que o ângulo de corrente secundária, φ_S . Isso se deve ao fato de que a corrente sem carga de 3A ser muito baixa em comparação com os 56A do primário.

Na prática, os enrolamentos do transformador tem impedâncias de ambos X _L e R. Nesse sentido, essas impedâncias devem ser levadas em consideração ao desenhar os diagramas fasoriais. Uma vez que essas impedâncias internas causam quedas de tensão nos enrolamentos dos transformadores, devem ser consideradas. As impedâncias internas são devidas à resistência dos enrolamentos e uma queda de indutância chamada reatância. Essas impedâncias internas são dadas como:

Desta forma, os enrolamentos primário e secundário de um transformador possuem resistência e reatância. Às vezes, pode ser mais conveniente se todas essas impedâncias estiverem no mesmo lado do transformador para facilitar os cálculos. Sendo assim, é possível mover as impedâncias primárias para o lado secundário ou as impedâncias secundárias para o lado primário. Os valores combinados das impedâncias R e L são chamados de “Impedâncias Referenciadas” ou “Valores Referenciados”. Sendo assim, o objetivo é agrupar as impedâncias dentro do transformador e ter apenas um valor de R e X _L.

Combinando Impedâncias de Transformador isolador trifásico

Além disso para mover uma resistência de um lado para o outro, deve-se multiplicar o valor pela relação de voltas ao quadrado. Por exemplo, mover uma resistência de 2Ω em um transformador que tenha uma relação de 8: 1, calcula-se: 2 x 8 ²  = 128Ω .

Ao mover uma resistência de um lado de tensão mais alto, o novo valor de resistência aumentará. Pelo contrário, se você mover a resistência de um lado de tensão mais baixo, seu novo valor diminuirá. Isto também se aplica à resistência de carga e reatância.

Regulagem de Voltagem do Transformador

A regulagem de tensão de um transformador é definida como a mudança na tensão do terminal secundário. A mudança é feita quando a carga do transformador está no seu máximo. Dessa forma a carga total aplicada enquanto a tensão de alimentação primária é mantida constante. A regulagem determina a queda de tensão (ou aumento) que ocorre dentro do transformador.

Acima de tudo a regulação de tensão é expressa em porcentagem (ou por unidade) da tensão sem carga. Então, se representa a tensão secundária sem carga em Volts representa a tensão secundária de carga total, a regulação percentual de um transformador é dada como:

Assim, por exemplo, um transformador entrega 100 volts sem carga e a tensão cai para 95 volts a plena carga, a regulação seria de 5%. O valor de E – V dependerá da impedância interna do enrolamento que inclui sua resistência, R e, mais significativamente, sua reatância AC X , a corrente e o ângulo de fase.

Regulação de tensão

Por tanto também a regulação de tensão geralmente aumenta à medida que o fator de potência da carga se torna mais lento (indutivo). A regulação de tensão com relação à carga do transformador pode ser positiva ou negativa em valor, ou seja, com a tensão sem carga como referência, a mudança para baixo na regulação à medida que a carga é aplicada ou com a carga total como referência e a alteração em regulação quando a carga é reduzida ou removida.

Em geral, nos transformador isolador trifásico e monofásicos a regulagem do transformador tipo núcleo quando o carregamento do transformador é alto não é tão bom quanto o transformador tipo concha. Isso ocorre porque o transformador tipo concha tem melhor distribuição de fluxo devido ao entrelaçamento dos enrolamentos da bobina.

Se pretende conhecer mais sobre o transformador isolador trifásico e Transformadores trifásicos, entre em contato conosco através do telefone: (11) 4038 7080. Ou envie um e-mail para nucleoats@nucleoats.ind.br

Referências Bibliográficas

Aproveite e curta nossa página no instagram , facebook e Linkedin!