Sobre transformadores, você precisa dominar os pontos de conhecimento!

2. Como o transformador transforma a voltagem?

Os transformadores são fabricados com base na indução eletromagnética. Consistem em um núcleo de ferro revestido com lâminas de aço silício (ou aço-silício) e dois conjuntos de bobinas enroladas ao redor do núcleo de ferro. O núcleo de ferro e as bobinas são isolados um do outro, sem qualquer conexão elétrica.

A bobina que conecta o transformador à 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 energia CA, linhas de força magnética variáveis ​​são criadas no núcleo de ferro.

Como a bobina secundária é enrolada no mesmo núcleo de ferro, a linha de força magnética corta a bobina secundária, gerando uma força eletromotriz induzida que causa o aparecimento de uma tensão em ambas as extremidades da bobina. Como as linhas do campo magnético são alternadas, a tensão na bobina secundária também é alternada. E a frequência é exatamente a mesma da frequência da rede elétrica.

A teoria confirma que a relação entre a tensão na bobina primária e na bobina secundária de um transformador está relacionada à relação de espiras entre as bobinas primária e secundária, o que pode ser expresso pela seguinte fórmula: tensão na bobina primária/tensão na bobina secundária = número de espiras na bobina primária/número de espiras na bobina secundária. Quanto maior o número de espiras, maior a tensão. Portanto, um transformador abaixador (ou elevador) apresenta menor número de espiras na bobina secundária em comparação com a bobina primária. O oposto disso caracteriza um transformador elevador (ou elevador).

3. Quais são os tipos de projetos de transformadores que existem?

(1) De acordo com o número de fases, existem transformadores monofásicos e trifásicos.

(2) De acordo com a finalidade, existem transformadores de potência, transformadores de potência especiais, transformadores reguladores de tensão, transformadores de medição (transformadores de tensão, transformadores de corrente), transformadores de potência pequenos (para equipamentos de baixa potência) e transformadores de segurança.

(3) De acordo com a estrutura, existem dois tipos: tipo núcleo e tipo invólucro. As bobinas têm enrolamento duplo e enrolamento múltiplo, autotransformadores.

(4) De acordo com o método de resfriamento, existem os resfriados por imersão em óleo e os resfriados a ar.

4. Quais são os componentes do transformador?

Os componentes de um transformador são compostos principalmente por núcleos e bobinas de ferro, além de tanques de óleo, almofadas de óleo, mangas isolantes e cabeçotes de derivação.

5. Qual é a utilidade do óleo de transformador?

(1) Efeito isolante;

(2) dissipação de calor;

(3) Eliminar o efeito de arco.

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 de indução eletromagnética, a bobina secundária também conduz eletricidade. Este transformador possui mais chapas de aço silício e fios de cobre do que os transformadores comuns. Menos fios, geralmente usados ​​para ajustar a tensão.

7. Como o regulador de tensão é ajustado?

A estrutura do regulador de tensão é a mesma do autotransformador, mas o núcleo de ferro é transformado em uma bobina toroidal e enrolado em torno desse núcleo toroidal.

A derivação da bobina secundária utiliza um contato de escova deslizante para fazer com que o contato deslize anularmente ao longo da superfície da bobina, a fim de obter uma regulação de tensão suave.

8. Qual é a relação atual entre a bobina primária e a bobina secundária do transformador?

Quando o transformador está funcionando com carga, a variação da corrente na bobina secundária causa a variação correspondente na corrente da bobina primária. De acordo com o princípio do equilíbrio do potencial magnético, a corrente nas bobinas primária e secundária é inversamente proporcional ao número de espiras. O lado com mais espiras apresenta uma corrente menor, e o lado com menos espiras apresenta uma corrente maior.

Isso pode ser expresso pela seguinte fórmula: corrente da bobina primária/corrente da bobina secundária = espiras da bobina secundária/espiras da bobina primária.

9. Qual é a taxa de variação da tensão do transformador?

A taxa de variação da tensão do regulador de tensão é um dos principais indicadores de desempenho do transformador. Quando o transformador fornece energia à carga, a tensão na extremidade da carga inevitavelmente cairá. Compare o valor da queda de tensão com o valor da tensão nominal e calcule a porcentagem, ou seja, a taxa de variação da tensão.

Isso pode ser expresso pela fórmula: taxa de variação de tensão = [(tensão nominal secundária - tensão nos terminais da carga) / tensão nominal secundária] × 100%. Quando um transformador de potência normal é conectado a uma carga nominal, a taxa de variação de tensão é de 4 a 6%.

10. Como garantir que o transformador tenha uma tensão de saída nominal?

Tensão muito alta ou muito baixa afetará o funcionamento normal e a vida útil do transformador, portanto, a tensão deve ser ajustada.

O método de regulação de tensão consiste em criar várias derivações na bobina primária e conectá-las ao cabeçote de derivação. O cabeçote de derivação altera o número de espiras da bobina girando os contatos. Conforme a posição do comutador de derivação é girada, o valor de tensão nominal desejado pode ser obtido. Deve-se observar que a regulação de tensão geralmente deve ser realizada após o desligamento da carga conectada ao transformador.

11. Quais são os transformadores pequenos mais comuns? Onde eles são usados?

Transformadores de pequeno porte são transformadores monofásicos com capacidade inferior a 1 kVA, utilizados principalmente como transformadores de potência para controle de equipamentos elétricos, transformadores de potência para equipamentos eletrônicos e transformadores de potência para iluminação de segurança.

12. Quais são as perdas do transformador durante a operação? Como reduzir as perdas?

As perdas na operação de transformadores incluem duas partes:

(1) é causada pelo núcleo de ferro. Quando a bobina é energizada, devido às linhas de campo magnético alternadas, são causadas perdas por correntes parasitas e por histerese no núcleo de ferro, que são coletivamente denominadas perdas no ferro.

(2) É causada pela resistência da própria bobina. Quando há corrente passando pela bobina primária e pela bobina secundária do transformador, ocorrerá perda de potência, e essa perda é chamada de perda de cobre.

A soma das perdas no ferro e no cobre resulta nas perdas do transformador, e essas perdas estão relacionadas à capacidade do transformador, à tensão e à utilização do equipamento. Portanto, ao selecionar um transformador, a capacidade do equipamento deve ser o mais compatível possível com o uso real para melhorar a taxa de utilização do equipamento, e deve-se ter cuidado para não operar o transformador com carga insuficiente.

13. Qual é a placa de identificação do transformador? Quais são os principais dados técnicos presentes na placa de identificação?

A placa de identificação do transformador indica o desempenho, as especificações técnicas e as aplicações do transformador, sendo utilizada para auxiliar o usuário na sua escolha. Normalmente, os principais dados técnicos a serem considerados são:

(1) KVA de capacidade nominal. Ou seja, a capacidade de saída do transformador no estado nominal. Por exemplo, a capacidade nominal do transformador monofásico = U linha × I linha; a capacidade do transformador trifásico = U linha × I linha.

(2) Tensão nominal em volts. A tensão terminal da bobina primária e a tensão terminal da bobina secundária (quando não conectada à carga) são indicadas respectivamente. Observe que a tensão terminal do transformador trifásico se refere ao valor da tensão de linha U_linha.

(3) Corrente nominal em amperagem. Refere-se ao valor da corrente de linha I_linha que pode passar pela bobina primária e pela bobina secundária por um longo período, sob as condições de capacidade nominal e elevação de temperatura permitida.

(4) Relação de tensão. Refere-se à relação entre a tensão nominal da bobina primária e a tensão nominal da bobina secundária.

(5) Método de fiação. Os transformadores monofásicos possuem apenas um conjunto de bobinas de alta e baixa tensão, sendo adequados apenas para uso monofásico, enquanto os transformadores trifásicos possuem o tipo Y/△. Além dos dados técnicos acima, é importante considerar 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 da rede elétrica do local de consumo, a carga elétrica real do usuário e as condições do local. Em seguida, a seleção do transformador deve ser feita com base nos dados técnicos indicados na placa de identificação. De modo geral, a capacidade, a tensão, a corrente e as condições ambientais do transformador devem ser consideradas em conjunto. Dentre esses fatores, a capacidade deve ser priorizada. A capacidade do transformador deve ser selecionada de acordo com a capacidade, o tipo e o 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 de aproximadamente 75 a 90% da sua capacidade nominal. Se, durante a operação, for medida uma carga real inferior a 50% da capacidade nominal do transformador, este deve ser substituído. Se a capacidade nominal do transformador for superior à sua capacidade nominal, este deve ser substituído imediatamente.

Ao mesmo tempo, ao selecionar o transformador, o valor da tensão do enrolamento primário é determinado de acordo com a rede elétrica, e o valor da tensão do enrolamento secundário é selecionado de acordo com o equipamento elétrico. O ideal é escolher uma fonte de alimentação trifásica de quatro fios de baixa tensão. Isso permite o fornecimento de energia elétrica e de iluminação simultaneamente.

Para a seleção da corrente, deve-se observar que a carga deve atender aos requisitos do motor durante a partida (pois a corrente de partida do motor é de 4 a 7 vezes maior do que a corrente de operação em regime permanente).

15. Por que o transformador não pode ser sobrecarregado?

A operação em sobrecarga refere-se ao funcionamento do transformador que excede o valor de corrente especificado na placa de identificação.

A sobrecarga divide-se em sobrecarga normal e sobrecarga acidental. A primeira refere-se ao aumento do consumo de energia do usuário em condições normais de fornecimento de energia. Frequentemente, aumenta a temperatura do transformador, acelera o envelhecimento do isolamento e reduz sua vida útil. Portanto, a operação de transformadores em sobrecarga não é permitida.

Em circunstâncias especiais, a operação de sobrecarga do transformador em um curto período de tempo 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 com frequência:

(1) Teste de temperatura. A temperatura é um fator muito importante para determinar se o transformador está operando normalmente. As normas estipulam que a temperatura do óleo na parte superior não deve exceder 85°C (ou seja, o aumento de temperatura deve ser de 55°C). Geralmente, os transformadores são equipados com dispositivos especiais para medição de temperatura.

(2) Medição de carga. Para melhorar a taxa de utilização do transformador e reduzir as perdas de energia elétrica, durante a operação do transformador, é necessário determinar a capacidade de fornecimento de energia que ele realmente pode suportar. A medição geralmente é realizada durante o período de pico de consumo de energia em cada estação do ano, utilizando-se um amperímetro de alicate para medição direta. O valor da corrente deve estar entre 70% e 80% da corrente nominal do transformador. Quando esse valor for excedido, significa sobrecarga e o transformador deve ser ajustado imediatamente.

(3) Medição de tensão. As normas exigem que a variação de tensão esteja dentro de ±5% da tensão nominal. Se essa variação for excedida, devem ser utilizadas derivações para ajustar a tensão e trazê-la para dentro da faixa especificada. Geralmente, utiliza-se um voltímetro para medir a tensão nos terminais da bobina secundária e a tensão nos terminais do usuário final, respectivamente.

(4) Medição da resistência de isolamento. Para manter o transformador em condições normais de funcionamento, é necessário medir a resistência de isolamento para evitar o envelhecimento do isolamento e acidentes. Ao realizar a medição, tente interromper o funcionamento do transformador e utilize um vibrador para medir o valor da resistência de isolamento. É necessário que a resistência medida não seja inferior a 70% do valor medido anteriormente. Ao selecionar o vibrador, a bobina de baixa tensão pode utilizar um nível de tensão de 500 volts.