Na operação de transformação e distribuição de energia, os transformadores são indispensáveis, sendo muito necessário familiarizar-se e dominar os conhecimentos básicos comuns sobre transformadores.
1. O que é um transformador?
Em circuitos de corrente alternada, o dispositivo que aumenta ou diminui a tensão é chamado de transformador. O transformador pode converter qualquer valor de tensão no valor de tensão que necessitamos, com a mesma frequência, para atender aos requisitos de transmissão, distribuição e utilização de energia elétrica. Por exemplo, a eletricidade proveniente de uma usina tem um nível de tensão baixo, sendo necessário elevá-la para ser transportada para áreas de consumo distantes. Na área de consumo, a tensão deve ser reduzida para um nível adequado para alimentar equipamentos elétricos e o uso diário.
2. Como o transformador transforma a tensão?
Os transformadores são fabricados com base no princípio da indução eletromagnética. Eles consistem em um núcleo laminado de chapas de aço-silício (ou aço-silício) e dois conjuntos de bobinas enroladas em torno do núcleo. O núcleo e as bobinas são isolados entre si, sem qualquer conexão elétrica. A bobina que conecta o transformador ao lado da fonte de alimentação é chamada de bobina primária (ou lado primário), e a bobina que conecta o transformador ao equipamento elétrico é chamada de bobina secundária (ou lado secundário). Quando a bobina primária de um transformador é conectada a uma fonte de corrente alternada, linhas de força magnéticas variáveis são criadas no núcleo.
Como a bobina secundária está enrolada no mesmo núcleo, as linhas de força magnética cortam a bobina secundária, gerando uma força eletromotriz induzida nela, o que faz com que uma tensão apareça em ambas as extremidades da bobina. Como as linhas de campo magnético são alternadas, a tensão na bobina secundária também é alternada, e a frequência é exatamente a mesma da rede elétrica.
Foi comprovado teoricamente que a relação de tensão entre a bobina primária e a secundária do transformador está relacionada à relação de espiras entre elas, podendo ser expressa pela seguinte fórmula: tensão da bobina primária / tensão da bobina secundária = número de espiras da bobina primária / número de espiras da bobina secundária. Isso demonstra que, quanto maior o número de espiras, maior a tensão. Portanto, pode-se concluir que, se a bobina secundária tiver menos espiras que a primária, trata-se de um transformador abaixador (step-down). O oposto é um transformador elevador (step-up).
3. Quais são os tipos de projetos de transformadores?
(1) Quanto ao número de fases: existem transformadores monofásicos e trifásicos.
(2) Quanto à finalidade: existem transformadores de potência, transformadores especiais de potência, transformadores reguladores de tensão, transformadores de medição (transformadores de tensão e de corrente), transformadores de baixa potência (para equipamentos de pequena potência) e transformadores de segurança.
(3) Quanto à estrutura: existem dois tipos: núcleo envolvente (shell-type) e núcleo central (core-type). Quanto às bobinas, há enrolamentos duplos, múltiplos e autotransformadores.
(4) Quanto ao método de refrigeração: existem os tipos imersos em óleo e refrigerados a ar.
4. Quais são os componentes do transformador?
Os componentes do transformador são principalmente constituídos pelo núcleo e pelas bobinas, além do tanque, respirador (óleo-pilha), isoladores de porcelana e comutador de derivações (tap changer).
5. Para que serve o óleo do transformador?
As funções do óleo do transformador são:
(1) Isolamento elétrico
(2) Dissipação de calor
(3) Eliminação de arcos elétricos
6. O que é um autotransformador?
O autotransformador possui apenas um conjunto de bobinas, e a bobina secundária é derivada da bobina primária. Além da transmissão por indução eletromagnética, a bobina secundária também transmite eletricidade diretamente. Este tipo de transformador utiliza menos chapas de silício e fios de cobre em comparação com transformadores comuns, sendo frequentemente empregado para ajustar a tensão.
7. Como é feito o ajuste do regulador de tensão?
A estrutura do regulador de tensão é semelhante à do autotransformador, mas o núcleo de ferro é confeccionado em forma toroidal, e a bobina é enrolada em torno deste núcleo toroidal.
A derivação da bobina secundária utiliza um contato deslizante (escova) que se move circularmente ao longo da superfície da bobina, permitindo uma regulação suave da tensão.
8. Qual é a relação de corrente entre a bobina primária e a bobina secundária de um transformador?
Quando o transformador opera sob carga, a variação da corrente na bobina secundária provoca uma mudança correspondente na corrente da bobina primária. De acordo com o princípio do equilíbrio da força magnetomotriz, as correntes nas bobinas primária e secundária são inversamente proporcionais ao número de espiras das bobinas: o lado com mais espiras tem corrente menor, e o lado com menos espiras tem corrente maior. Isso pode ser expresso pela seguinte fórmula: Corrente da bobina primária / Corrente da bobina secundária = Número de espiras da bobina secundária / Número de espiras da bobina primária.
9. O que é a taxa de variação de tensão de um transformador?
A taxa de variação de tensão é um dos principais indicadores de desempenho de um transformador. Quando o transformador alimenta uma carga, a tensão no terminal de carga do transformador inevitavelmente cai. Comparando o valor da tensão reduzida com o valor da tensão nominal, a porcentagem resultante é a taxa de variação de tensão, que pode ser expressa pela fórmula: Taxa de variação de tensão = [(Tensão nominal secundária - Tensão no terminal da carga) / Tensão nominal secundária] × 100%. Para um transformador de potência normal operando com carga nominal, a taxa de variação de tensão está tipicamente entre 4% e 6%.
10. Como garantir que um transformador forneça uma tensão de saída nominal?
Tensão excessivamente alta ou baixa pode afetar a operação normal e a vida útil do transformador, portanto, é necessário ajustar a tensão.
O método de regulação de tensão consiste em derivar várias tomadas na bobina primária e conectá-las a um comutador de derivações (tap changer). O comutador altera o número de espiras da bobina ao girar os contatos. Ao mudar a posição do comutador de derivações, obtém-se o valor de tensão nominal desejado. É importante notar que a mudança de derivação deve geralmente ser realizada após desconectar a carga do transformador.
11. O que é um transformador pequeno comumente utilizado? Onde é aplicado?
Transformadores pequenos referem-se a transformadores monofásicos com capacidade inferior a 1 kVA. São amplamente utilizados como transformadores de comando para equipamentos elétricos, transformadores de alimentação para equipamentos eletrônicos e transformadores para iluminação de segurança.
12. Quais são as perdas de um transformador durante a operação? Como reduzir essas perdas?
As perdas na operação de um transformador incluem duas partes:
(1) Perdas no núcleo (Perdas no Ferro): Quando a bobina é energizada, o campo magnético alternante induz correntes parasitas (Foucault) e causa perdas por histerese no núcleo de ferro. Essas perdas são coletivamente denominadas perdas no ferro.
(2) Perdas nos enrolamentos (Perdas no Cobre): São causadas pela resistência ôhmica própria das bobinas. Quando a corrente circula pela bobina primária e secundária do transformador, ocorre perda de potência. Essa perda é chamada de perda no cobre.
A soma das perdas no ferro e das perdas no cobre constitui a perda do transformador, e essas perdas estão relacionadas com a capacidade do transformador, a tensão e a utilização do equipamento. Portanto, ao selecionar um transformador, a capacidade do equipamento deve ser a mais consistente possível com o uso real, para melhorar a taxa de utilização do equipamento, e deve-se ter cuidado para não operar o transformador em carga leve.
13. O que é a placa de identificação do transformador? Quais são os principais dados técnicos na placa de identificação?
A placa de identificação do transformador indica o desempenho, as especificações técnicas e as aplicações do transformador, sendo utilizada para atender à seleção do usuário. Normalmente, os principais dados técnicos a serem observados são:
(1) KVA da capacidade nominal. Ou seja, a capacidade de saída do transformador em estado nominal. Por exemplo, a capacidade nominal de um transformador monofásico = U linha × I linha; a capacidade de um transformador trifásico = U linha × I linha.
(2) Tensão nominal em volts. São indicadas respectivamente a tensão terminal do enrolamento primário e a tensão terminal do enrolamento secundário (quando não conectado à carga). Note que a tensão terminal do transformador trifásico refere-se ao valor da tensão de linha U linha.
(3) Corrente nominal em amperes. Refere-se ao valor da corrente de linha I linha que o enrolamento primário e secundário permitem a passagem prolongada sob as condições de capacidade nominal e elevação de temperatura permitida.
(4) Relação de tensão. Refere-se à relação entre a tensão nominal do enrolamento primário e a tensão nominal do enrolamento secundário.
(5) Método de ligação. Transformadores monofásicos possuem apenas um conjunto de enrolamentos de alta e baixa tensão, sendo destinados apenas para uso monofásico, enquanto transformadores trifásicos possuem tipo Y/△. Além dos dados técnicos acima, existem a frequência nominal do transformador, o número de fases, a elevação de temperatura, a porcentagem de impedância do transformador, etc.
14. Como escolher um transformador? Como determinar a capacidade adequada do transformador?
Primeiramente, é necessário investigar a tensão de alimentação do local de uso da eletricidade, a carga elétrica real do usuário e as condições do local, e então selecionar um por um de acordo com os dados técnicos indicados na placa de identificação do transformador. Geralmente, a capacidade, tensão, corrente e condições ambientais do transformador devem ser consideradas de forma abrangente. Entre elas, a capacidade deve ser selecionada. A capacidade do transformador deve ser escolhida de acordo com a capacidade, natureza e tempo de uso dos equipamentos elétricos do usuário para determinar a carga necessária. Durante a operação normal, a carga de potência do transformador deve ser cerca de 75-90% da capacidade nominal do transformador. Durante a operação, se for medido que a carga real do transformador é inferior a 50%, deve-se substituir por um transformador de menor capacidade. Se a capacidade nominal do transformador for maior que a capacidade nominal do transformador, o transformador maior deve ser substituído imediatamente.
Ao mesmo tempo, ao selecionar o transformador, o valor da tensão do enrolamento primário do transformador é determinado de acordo com a alimentação da linha, e o valor da tensão do enrolamento secundário é escolhido de acordo com os equipamentos elétricos. É melhor escolher uma alimentação trifásica a quatro fios de baixa tensão. Isso pode fornecer energia para força e iluminação simultaneamente.
Para a seleção da corrente, deve-se observar que a carga pode atender aos requisitos do motor quando ele é ligado (porque a corrente de partida do motor é de 4 a 7 vezes maior do que a da operação em regime permanente).
15. Por que o transformador não pode ser sobrecarregado?
Operação em sobrecarga refere-se à operação do transformador que excede o valor de corrente especificado na placa de identificação.
A sobrecarga é dividida em sobrecarga normal e sobrecarga acidental. A primeira refere-se ao aumento no consumo de energia do usuário sob condições normais de alimentação. Isso frequentemente aumenta a temperatura do transformador, promove o envelhecimento do isolamento do transformador e reduz a vida útil. Portanto, a operação do transformador em sobrecarga não é permitida.
Em circunstâncias especiais, a operação em sobrecarga do transformador em curto prazo não deve exceder 30% da carga nominal (inverno) e não deve exceder 15% no verão.
16. Que tipos de testes o transformador deve realizar durante a operação?
Para garantir o funcionamento normal do transformador, os seguintes testes devem ser realizados frequentemente:
(1) Teste de temperatura. Seja qual for o estado operacional do transformador, a temperatura é muito importante. Os regulamentos estipulam que a temperatura superior do óleo não deve exceder 85°C (ou seja, a elevação de temperatura é de 55°C). Geralmente, os transformadores são equipados com dispositivos especiais de medição de temperatura.
(2) Determinação da carga. Para melhorar a taxa de utilização do transformador e reduzir a perda de energia elétrica, na operação do transformador, deve-se determinar a capacidade de fornecimento de energia que o transformador pode realmente suportar. O trabalho de medição é geralmente realizado durante o período de pico de consumo de eletricidade em cada estação, utilizando um amperímetro de grampo para medição direta. O valor da corrente deve ser de 70% a 80% da corrente nominal do transformador. Quando excedido, significa sobrecarga e deve ser ajustado imediatamente.
(3) Medição de tensão. Os regulamentos exigem que a variação de tensão esteja dentro de ±5% da tensão nominal. Se esse intervalo for excedido, devem ser usadas derivações para ajustar e trazer a tensão para dentro do intervalo especificado. Geralmente, um voltímetro é usado para medir a tensão terminal da bobina secundária e a tensão terminal do usuário final.
(4) Determinação da resistência de isolamento. Para manter o transformador em estado operacional normal, a medição da resistência de isolamento deve ser realizada para evitar o envelhecimento do isolamento e acidentes. Ao medir, tente interromper a operação do transformador e use o megôhmetro para medir o valor da resistência de isolamento do transformador. Requer-se que a resistência medida não seja inferior a 70% do valor medido anteriormente. Ao selecionar o megôhmetro, a bobina de baixa tensão pode usar um nível de tensão de 500 volts.
17. O que é a polaridade do transformador? Qual é o seu papel no uso prático?
A polaridade do transformador é usada para marcar a relação relativa entre os potenciais das extremidades da bobina do enrolamento primário e as extremidades da bobina do enrolamento secundário ao mesmo tempo. Como a magnitude e a direção da força eletromotriz mudam a qualquer momento, em um determinado momento, as bobinas primária e secundária devem ter duas extremidades que são de alto potencial ao mesmo tempo e duas extremidades que são de baixo potencial ao mesmo tempo. A extremidade correspondente alta é chamada de terminal de mesma polaridade do transformador. Pode-se ver que a polaridade do transformador determina a direção do enrolamento da bobina, e quando a direção do enrolamento muda, a polaridade também muda. Na prática, a polaridade do transformador é a base para a conexão paralela do transformador. De acordo com a polaridade, pode ser combinada em várias formas de tensão. Se a polaridade for invertida, frequentemente ocorrerá uma grande corrente de curto-circuito, que queimará o transformador. Portanto, ao usar o transformador, você deve prestar atenção às marcações na placa de identificação.
18. Como julgar a polaridade do transformador?
Quando a placa de identificação do transformador não estiver clara ou for um transformador antigo, pode ser julgada por meio de testes. Existem dois métodos:
(1) Método de corrente contínua (DC).
Ao testar um transformador monofásico, conecte uma pilha seca de 1,5 volts no lado primário e, em seguida, conecte um milivoltímetro de corrente contínua no secundário. Quando a chave K é fechada, a agulha oscila na direção positiva (ou a agulha oscila na direção negativa quando a chave é aberta), indicando que a extremidade positiva da bateria é da mesma polaridade, ou a extremidade de mesmo nome. Para testar a polaridade e o nível de transformadores trifásicos, o método de corrente contínua é amplamente utilizado.
(2) Método de corrente alternada (AC).
Conecte um par de terminais de mesmo nome do enrolamento primário e do enrolamento secundário com fios. Em seguida, aplique uma baixa tensão CA entre os enrolamentos primários AX para facilitar a medição. Use um voltímetro para medir o valor da tensão V1 entre AX, o valor da tensão V2 entre XX e o valor da tensão V3 entre ax. Se o valor de V2 for a diferença entre as tensões de V1 e V3, então Aa é o terminal de mesma polaridade; se o valor de V2 for a soma das tensões de V1 e V3, então AX é o terminal de mesma polaridade. Conteúdos na Inspeção de Turno do Transformador. Se o som do transformador está normal; se há infiltração e vazamento de óleo; se a marca e o nível de óleo estão normais; se há gás dentro do relé de gás; se o respirador está completo; se o agente anticondensação falhou e descolorou; ; Se o som interno do transformador está normal; se o cabo e o barramento de chumbo estão superaquecidos, movidos, deformados, etc.
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