O que é um transformador de três enrolamentos?

Um transformador de três enrolamentos utiliza três enrolamentos em um único núcleo. Ele oferece uma saída primária, uma secundária e uma terciária. Isso significa que uma única unidade pode lidar com múltiplos níveis de tensão. Se você precisar de energia auxiliar ou suporte ao sistema, o enrolamento terciário oferece essa opção.

Como funciona um transformador com três enrolamentos?

Ele funciona como um transformador padrão, mas o terceiro enrolamento oferece mais controle. A corrente flui pelo primário e cria um campo magnético no núcleo. Esse campo induz tensão nos enrolamentos secundário e terciário, com base em suas relações de espiras. Você obtém três saídas utilizáveis a partir de um único caminho magnético.

A relação de voltagem permanece simples. V2/V1 = N2/N1, onde V é a tensão e N é o número de espiras. Se o primário tiver mais espiras, a tensão no secundário diminui. Isso significa que você pode ajustar cada saída com base no número de espiras projetado em cada enrolamento. O terciário adiciona um nível extra que pode suportar aterramento, estabilidade do sistema ou pequenas cargas auxiliares.

Cada enrolamento possui sua própria classificação de tensão e capacidade em kVA:

• Enrolamento primário: Classificação de tensão mais alta
• Enrolamento secundário: Classificação de tensão intermediária
• Enrolamento terciário: Classificação de tensão mais baixa

Essas classificações variam porque cada enrolamento desempenha uma função diferente. Se você os balancear corretamente, obterá um desempenho estável. Além disso, evitará o superaquecimento ou a distribuição irregular da carga.

O papel do enrolamento terciário

O enrolamento terciário distingue este transformador dos projetos padrão de dois enrolamentos. Ele é sempre conectado em configuração delta, o que proporciona importantes benefícios para a estabilidade do sistema de energia.

• Supressão harmônica: A ligação em delta suprime a distorção harmônica que se desenvolve nos enrolamentos primário e secundário ligados em estrela. O enrolamento em delta proporciona um caminho para que as correntes de terceira harmônica circulem internamente, em vez de fluírem para o sistema de energia.
• Balanceamento de carga: O enrolamento terciário também equilibra as cargas desiguais entre as fases. Quando uma fase suporta mais carga do que as outras, o desequilíbrio cria correntes desiguais. O enrolamento terciário conectado em delta produz correntes circulantes que neutralizam esse problema e restauram os níveis normais de tensão.

Usos comuns para enrolamentos terciários

O enrolamento terciário serve a vários propósitos práticos:

• Fornecimento de equipamentos auxiliares como iluminação, ventiladores e bombas em subestações.
• Interligação de três sistemas de alimentação operando em diferentes níveis de tensão.
• Medição de tensão em transformadores de teste de alta tensão
• Fornecimento de energia a partir de duas fontes onde a continuidade é crítica.
• Fornecer pontos de conexão para capacitores para injeção de potência reativa.

Entendimento tipos de enrolamento de transformadores de potência Isso ajuda a explicar por que a configuração delta funciona melhor para o enrolamento terciário.

O Circuito Equivalente

O circuito equivalente representa cada enrolamento com seus componentes de resistência e reatância. Os engenheiros utilizam esse modelo de circuito para analisar o desempenho e calcular a regulação de tensão, as perdas e as correntes de curto-circuito.

No circuito equivalente, cada enrolamento aparece como uma combinação em série:

1. Enrolamento primário: Resistência R1 e reatância X1
2. Enrolamento secundário: Resistência R2 e reatância X2
3. Enrolamento terciário: Resistência R3 e reatância X3

Esses valores representam a impedância real dos enrolamentos de cobre e o fluxo de dispersão magnética. O circuito também inclui a resistência de perda no núcleo R0 e a reatância de magnetização Xm ao analisar as condições de vazio.

A equação de equilíbrio da força magnetomotriz (FMM) é: N1I1 = N2I2 + N3I3

Isso significa que a força magnetomotriz total do enrolamento primário é igual à soma das forças magnetomotriz necessárias para os enrolamentos secundário e terciário. A MINGCH fabrica transformadores toroidais internamente, o que proporciona melhor controle sobre a impedância do enrolamento.

Entendendo a impedância de três enrolamentos

transformador de três enrolamentos impedância Determina como a tensão cai sob carga e como o transformador responde a condições de falha. A reatância de dispersão constitui a maior parte da impedância em cada enrolamento, resultante do fluxo magnético que não interliga todos os enrolamentos igualmente.

Ao conectar cargas a vários enrolamentos simultaneamente, as impedâncias interagem de maneiras complexas. Testando Consiste em medir a impedância entre pares de enrolamentos, deixando o terceiro enrolamento aberto, e então calcular as impedâncias individuais de cada enrolamento.

Uma impedância mais alta limita as correntes de falha e protege os equipamentos. No entanto, também aumenta a queda de tensão sob carga normal, portanto, o projeto do transformador exige o equilíbrio entre esses requisitos conflitantes.

Protegendo um transformador com três enrolamentos

A proteção desses transformadores exige esquemas mais sofisticados do que as unidades padrão de dois enrolamentos, pois as falhas podem ocorrer em qualquer um dos três enrolamentos.

Métodos de proteção

Diversos sistemas de proteção atuam em conjunto para proteger uma variante de três enrolamentos:

• Proteção diferencial: Compara a corrente que entra e sai do transformador. Uma falha interna cria uma corrente desequilibrada que aciona os relés de proteção, que desligam o transformador.
• Relés de sobrecorrente: Cada enrolamento precisa de sua própria proteção contra sobrecorrente, calibrada para a corrente nominal desse enrolamento. O enrolamento terciário geralmente alimenta cargas auxiliares, portanto, suas configurações diferem das dos enrolamentos de potência principais.
• Revezamentos Buchholz: Detecta a formação de gás proveniente de arcos elétricos internos ou superaquecimento. Pequenos acúmulos de gás acionam alarmes, enquanto a formação rápida de gás provoca o desligamento imediato.
• Monitoramento de temperatura: Sensores de temperatura do enrolamento e medidores de temperatura do óleo fornecem um alerta precoce antes que ocorram danos térmicos.

Aplicações comuns

Transformadores com três enrolamentos funcionam bem em diversos setores industriais.

• Usinas de energia: O enrolamento primário conecta-se à saída do gerador, o secundário alimenta o sistema de transmissão principal e o terciário alimenta os equipamentos auxiliares da estação. Isso elimina a necessidade de transformadores auxiliares separados.
• Instalações industriais: Um único transformador pode alimentar os principais equipamentos da usina a partir do enrolamento secundário, enquanto o enrolamento terciário alimenta a iluminação, os motores e as cargas auxiliares. (MINGCH's) Transformadores trifásicos da série SBW Capacidades de processamento de 50kVA a 600kVA para regulação de tensão industrial.
• Centros de dados: Os centros de dados precisam de energia confiável com múltiplos níveis de tensão. O transformador alimenta as cargas dos servidores, os sistemas de backup e os equipamentos de refrigeração, mantendo a estabilidade. MINGCH's Série TNS Os reguladores automáticos de tensão fornecem uma saída trifásica estável de 380 V com eficiência 95%+.

UM transformador monofásico Funciona bem em aplicações residenciais e comerciais leves onde o espaço é limitado, mas são necessários vários níveis de tensão.

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Vantagens em relação aos transformadores padrão

Transformadores com três enrolamentos oferecem vantagens importantes em comparação com o uso de múltiplos transformadores separados.

1. Eficiência em termos de custo e espaço: Em vez de instalar transformadores separados para diferentes níveis de tensão, um único transformador lida com várias cargas de forma eficiente.
2. Melhoria na qualidade da energia: O enrolamento terciário compensa cargas desequilibradas que, de outra forma, causariam distorção de tensão. Isso é valioso em sistemas com cargas monofásicas significativas, como iluminação ou equipamentos de escritório.
3. Melhor controle de voltagem: O enrolamento terciário fornece pontos de conexão para capacitores ou condensadores síncronos. Isso ajuda a manter os níveis de tensão e melhora o fator de potência sem a necessidade de equipamentos de compensação separados.

Considerações de projeto

Os fabricantes devem equilibrar cuidadosamente diversos fatores ao projetar esses transformadores.

Saldo de classificação kVA

As classificações em kVA dos três enrolamentos são normalmente diferentes, pois cada um serve a um propósito distinto. No entanto, eles devem ser coordenados para evitar sobrecarga do núcleo ou perdas excessivas.

Projeto do núcleo e do sistema de resfriamento

O núcleo deve suportar as exigências combinadas de magnetização sem saturação, minimizando as perdas. Os requisitos de refrigeração aumentam porque três enrolamentos geram mais calor do que dois. Transformadores maiores utilizam circulação de óleo e aletas de dissipação de calor, enquanto unidades menores podem depender da convecção natural do ar.

A MINGCH otimiza o posicionamento do enrolamento e o isolamento para minimizar a impedância, mantendo uma proteção adequada. Com mais de 30 anos de experiência, suas unidades operam de forma confiável em temperaturas de -10 °C a +40 °C, mesmo em ambientes industriais severos.

Perguntas frequentes

1. Qual a diferença entre um transformador de 2 enrolamentos e um de 3 enrolamentos?

Um transformador de 2 enrolamentos possui apenas enrolamentos primário e secundário, enquanto um transformador de 3 enrolamentos adiciona um enrolamento terciário que fornece um nível de tensão adicional e ajuda a equilibrar as cargas e suprimir harmônicos.

2. Quais são as vantagens dos transformadores de 3 enrolamentos?

As principais vantagens incluem múltiplas saídas de tensão a partir de uma única unidade, melhor balanceamento de carga, supressão de harmônicos por meio de um transformador terciário conectado em delta e construção mais econômica em comparação com o uso de múltiplos transformadores separados.

3. Qual é a função de um terceiro enrolamento em um transformador de três enrolamentos?

O terceiro enrolamento alimenta equipamentos auxiliares com uma tensão diferente, equilibra cargas desiguais, suprime harmônicos, fornece pontos de conexão para compensação de potência reativa e possibilita a proteção contra falhas de terra por meio de correntes de sequência zero de baixa impedância.

Conclusão

As variantes de transformadores com três enrolamentos oferecem uma flexibilidade incomparável aos transformadores padrão. O enrolamento terciário permite múltiplas saídas de tensão, melhora a qualidade da energia e simplifica o projeto do sistema. Seja para fontes de alimentação auxiliares, regulação de tensão ou controle de harmônicos, o transformador de três enrolamentos oferece uma solução eficiente para sistemas elétricos complexos.