TRANSFORMADORES – CONSTRUÇÃO
Um transformador consiste principalmente em três partes básicas: um enrolamento primário que recebe a energia elétrica da fonte de tensão aplicada, e um enrolamento secundário que recebe a energia elétrica induzida e um núcleo que fornece um circuito de baixa relutância para linhas de força magnéticas.
Enrolamentos
Os enrolamentos, primários e secundários, são as bobinas de fios condutores, pois uma bobina de condutores cria um fluxo magnético mais alto em comparação com o fluxo criado por um único condutor.
Enrolamentos classificados para tensões mais altas com maior número de voltas são designados como enrolamentos de alta tensão (HV). Os enrolamentos para tensões mais baixas são chamados de enrolamentos de Baixa Tensão (BT). O enrolamento de alta tensão é composto por muitas voltas de fio de cobre relativamente fino, enquanto o enrolamento de baixa tensão é composto por relativamente poucas voltas de fio de cobre pesado. A corrente no lado HV será menor porque o produto VI é uma constante. Além disso, o enrolamento de alta tensão precisa de melhores propriedades de isolamento para suportar tensões mais altas. HV também precisa de mais folga para o núcleo, o jugo ou o corpo.
O material utilizado nos enrolamentos é específico da aplicação. O fio de cobre sólido isolado é usado para pequenos transformadores de potência e de sinal, enquanto condutores retangulares/tiras de cobre ou alumínio são usados para transformadores de potência maiores. Os transformadores de RF utilizam Litz para minimizar perdas devido ao efeito pelicular.
Derivações (ou conexões externas) podem ser fornecidas a partir de pontos intermediários nos enrolamentos.
Os transformadores de enrolamento duplo usam enrolamentos primários e secundários separados, enquanto os autotransformadores usam enrolamento único com derivação.
Isolamento de enrolamento
Para garantir que a corrente percorra o núcleo ao longo do condutor enrolado, e não através de um curto-circuito entre espiras, os materiais do enrolamento são esmaltados, proporcionando assim isolamento. Além disso, vários outros métodos são usados para fornecer isolamento. O tipo de isolamento tem uma influência definitiva no tamanho e na temperatura operacional da unidade.
Atualmente são utilizadas quatro classes de isolamentos
· Transformadores de sistema de isolamento classe 130.
· Transformadores de sistema de isolamento classe 150.
· Transformadores de sistema de isolamento classe 200.
· Transformadores de sistema de isolamento classe 220.
Quando devidamente carregado e instalado em um ambiente não superior a 40°Os transformadores C, Classe 130, Classe 150, Classe 200 e Classe 220 operarão a não mais que 60°C, 80°C, 130°C e 150Aumento de temperatura em °C no enrolamento, respectivamente.
O isolamento utilizado para os condutores elétricos de um transformador é verniz ou esmalte. Em transformadores de potência maiores os condutores são isolados com papel/pano não impregnado e o conjunto é imerso em tanque contendo óleo; o óleo do transformador atua como isolante e também como refrigerante.
· Refrigerante
Devido à resistência de seus enrolamentos e à histerese e às correntes parasitas no núcleo de ferro, uma certa quantidade da energia elétrica entregue a um transformador é transformada em energia térmica. O mecanismo deve ser fornecido para remover a energia térmica do transformador e dissipá-la no ar circundante, caso contrário, temperaturas excessivamente altas podem destruir o isolamento do transformador. Para remover o calor gerado em um transformador, é utilizado refrigerante.
Vários tipos de mecanismos de resfriamento usados são
· Transformadores auto-resfriados a ar (ou transformadores do tipo seco)
Os enrolamentos estão rodeados de ar à pressão atmosférica. O calor é removido por convecção natural e radiação. Transformadores auto-resfriados a ar são usados em sistemas com capacidade de 3.000 kVA e tensões de até 15.000 V.
· Transformadores refrigerados a jato de ar
Neste tipo de transformador, o núcleo e os enrolamentos são encerrados em um invólucro metálico através do qual o ar circula por meio de um soprador. Eles são usados para grandes transformadores de potência em classificações de até 15.000 kVA e tensões de até 35.000 V.
· Transformadores imersos em líquido e auto-resfriados:
Nos transformadores auto-resfriados e imersos em líquido, o núcleo e os enrolamentos são imersos em um líquido isolante e encerrados em um tanque de metal. O líquido conduz o calor do núcleo para a superfície do tanque e então o calor é removido por convecção natural e por radiação.
· Transformadores gás-vapor
Nos transformadores gás-vapor, o transformador é isolado com uma quantidade de gás necessária para a partida, juntamente com um líquido vaporizável que fornece isolamento e resfriamento durante a operação
· Blindagem
Para evitar qualquer efeito capacitivo nos transformadores (devido à proximidade dos enrolamentos primário e secundário), é utilizada uma blindagem eletrostática entre os enrolamentos. Os transformadores podem ser blindados por blindagens magnéticas ou eletrostáticas, ou ambas, para evitar interferência de outros dispositivos.
· Terminais
Pequenos transformadores têm cabos retirados da unidade para conexões de circuito. Transformadores maiores podem ter terminais parafusados, barramentos ou buchas isoladas de alta tensão.