Circuitos transformadores trifásicos

Visto que trifásico é usado com tanta frequência para sistemas de distribuição de energia, faz sentido precisarmos de transformadores trifásicos para poder aumentar ou diminuir as tensões.

Isso é apenas parcialmente verdadeiro, pois os transformadores monofásicos regulares podem ser agrupados para transformar a energia entre dois sistemas trifásicos em uma variedade de configurações, eliminando a necessidade de um transformador trifásico especial.

No entanto, transformadores trifásicos especiais são construídos para essas tarefas e são capazes de funcionar com menos necessidade de material, menos tamanho e menos peso do que seus equivalentes modulares.

Enrolamentos e conexões do transformador trifásico

Um transformador trifásico é feito de três conjuntos de enrolamentos primário e secundário, cada conjunto enrolado em uma perna de um conjunto de núcleo de ferro. Essencialmente, ele se parece com três transformadores monofásicos compartilhando um núcleo unido como na Figura abaixo.

O núcleo do transformador trifásico tem três conjuntos de enrolamentos.



Esses conjuntos de enrolamentos primário e secundário serão conectados em configurações Δ ou Y para formar uma unidade completa. As várias combinações de maneiras pelas quais esses enrolamentos podem ser conectados serão o foco desta seção.

Quer os conjuntos de enrolamento compartilhem um conjunto central comum ou cada par de enrolamento seja um transformador separado, as opções de conexão do enrolamento são as mesmas:



Primário - Secundário

• S - S
• Y - Δ
• Δ - Y
• Δ - Δ

As razões para escolher uma configuração Y ou Δ para as conexões do enrolamento do transformador são as mesmas que para qualquer outra aplicação trifásica:as conexões Y fornecem a oportunidade para tensões múltiplas, enquanto as conexões Δ desfrutam de um nível mais alto de confiabilidade (se um enrolamento falhar ao abrir, os outros dois ainda podem manter tensões de linha completas para a carga).

Provavelmente, o aspecto mais importante de conectar três conjuntos de enrolamentos primário e secundário para formar um banco de transformadores trifásicos é prestar atenção à fase adequada do enrolamento (os pontos usados ​​para denotar a “polaridade” dos enrolamentos).

Lembre-se das relações de fase adequadas entre os enrolamentos de fase de Δ e Y:(Figura abaixo)

(Y) O ponto central do “Y” deve unir todos os pontos de enrolamento “-” ou “+”. (Δ) As polaridades do enrolamento devem empilhar juntas de maneira complementar (+ para -).



Conseguir esse faseamento correto quando os enrolamentos não são mostrados na configuração Y ou Δ regular pode ser complicado. Deixe-me ilustrar, começando com a figura abaixo.

Entradas A ₁ , B ₁ , C ₁ pode ser conectado tanto “Δ” quanto “Y”, assim como as saídas A ₂ , B ₂ , C ₂ .

Fiação de fase para transformador “Y-Y”

Três transformadores individuais devem ser conectados juntos para transformar a energia de um sistema trifásico para outro. Primeiro, vou mostrar as conexões de fiação para uma configuração Y-Y:

Fiação de fase para o transformador “Y-Y”.



Observe na Figura acima como todas as extremidades do enrolamento marcadas com pontos são conectadas às suas respectivas fases A, B e C, enquanto as extremidades não pontilhadas são conectadas entre si para formar os centros de cada “Y”.

Ter os conjuntos de enrolamento primário e secundário conectados em formações “Y” permite o uso de condutores neutros (N ₁ e N ₂ ) em cada sistema de potência.

Fiação de fase para transformador “Y-Δ”

Agora, vamos dar uma olhada em uma configuração Y-Δ:

Fiação de fase para o transformador “Y-Δ”.



Observe como os enrolamentos secundários (conjunto inferior, Figura acima) são conectados em uma corrente, o lado “pontilhado” de um enrolamento conectado ao lado “não pontilhado” do próximo, formando o loop Δ.

Em cada ponto de conexão entre pares de enrolamentos, é feita uma conexão a uma linha do segundo sistema de potência (A, B e C).

Fiação de fase para transformador “Δ-Y”

Agora, vamos examinar um sistema Δ-Y na figura abaixo.

Fiação de fase para o transformador “Δ-Y”.



Tal configuração (Figura acima) permitiria o fornecimento de múltiplas tensões (linha a linha ou linha a neutro) no segundo sistema de energia, a partir de um sistema de alimentação de fonte sem neutro.

Fiação de fase para transformador “Δ-Δ”

E, finalmente, nos voltamos para a configuração Δ-Δ:

Fiação de fase para transformador “Δ-Δ”.



Quando não há necessidade de um condutor neutro no sistema de potência secundário, os esquemas de conexão Δ-Δ (Figura acima) são preferidos devido à confiabilidade inerente da configuração Δ.

Fiação de fase para transformador “V” ou “aberto-Δ”

Considerando que uma configuração Δ pode operar satisfatoriamente faltando um enrolamento, alguns projetistas de sistemas de energia optam por criar um banco de transformadores trifásicos com apenas dois transformadores, representando uma configuração Δ-Δ com um enrolamento ausente em ambos os lados primário e secundário:

“V” ou “open-Δ” fornece potência 2-φ com apenas dois transformadores.



Esta configuração é chamada de “V” ou “Aberto-Δ.” Obviamente, cada um dos dois transformadores deve ser superdimensionado para lidar com a mesma quantidade de potência que três em uma configuração Δ padrão, mas o tamanho geral, peso e vantagens de custo geralmente valem a pena.

Lembre-se, no entanto, que com um conjunto de enrolamentos faltando na forma Δ, este sistema não fornece mais a tolerância a falhas de um sistema Δ-Δ normal. Se um dos dois transformadores falhasse, a tensão e a corrente da carga seriam definitivamente afetadas.

Exemplo da vida real

A fotografia a seguir (figura abaixo) mostra um banco de transformadores elevadores na barragem hidrelétrica de Grand Coulee, no estado de Washington.

Vários transformadores (de cor verde) podem ser vistos deste ponto de vista, e eles foram agrupados em três:três transformadores por gerador hidrelétrico, ligados entre si em alguma forma de configuração trifásica.

A fotografia não revela as conexões do enrolamento primário, mas parece que os secundários estão conectados em uma configuração em Y, é que há apenas um grande isolador de alta tensão projetando-se de cada transformador.

Isso sugere que o outro lado do enrolamento secundário de cada transformador está no ou próximo ao potencial de terra, o que só poderia ser verdade em um sistema Y.

O prédio à esquerda é a casa de força, onde os geradores e turbinas estão alojados. À direita, a parede de concreto inclinada é a face a jusante da barragem:







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