Como Analisar os Transformadores Trifásicos
Aprenda como analisar as ligações e calcular as tensões, correntes e potência de transformadores trifásicos
Por Arthur Andrade | 20 de Junho de 2022
Este artigo tem como objetivo elucidar e esclarecer ao leitor os tipos de ligações, a importância e as formas de se calcular a potência, as tensões e correntes em um transformador trifásico.
Transformadores Trifásicos são equipamentos muito importantes para os sistemas de transmissão, eles são responsáveis por elevar ou baixar a tensão da energia para a transmissão tanto entre a fonte e a carga, quanto entre o gerador e o consumidor.
O modo como os transformadores funcionam é bem simples: eles funcionam por meio de correntes elétricas alternadas; se o transformador aumenta a tensão, ele abaixa a sua corrente elétrica também podendo operar da forma contrária. Os estudos dos transformadores trifásicos podem ser considerados como o estudo de três transformadores monofásicos conectados de maneira a formar um “banco de transformadores”. Existem diversas maneiras de se fazer essas conexões, observando-se a defasagem entre as fases.
Sumário
Composição
Como o próprio nome sugere, ele é constituído por três bobinas, cada uma abrigando dois rolamentos: circuito primário e circuito secundário. Dessa forma, é possível a realização de tensões simples e tensões compostas.
Tipos de Conexões dos Transformadores Trifásicos
Para conseguir atender a demanda de transmissão de energia trifásica, são necessárias conexões de transformador compatíveis para operação trifásica.
As maneiras de se conseguir isso são duas: usando transformadores trifásicos especiais, quando for atender a mesma potência nominal em KVA esse geralmente é o caminho mais barato, ou podemos usar o “banco de transformadores”. Ao escolher o “banco de transformadores” deve ser certificado de ter a mesma taxa de conversão n, número de espiras, para conseguir obter um sistema trifásico balanceado.
Conexão estrela - estrela (Y – Y)
Para as conexões estrela – estrela, as tensões de linha no primário VLP, as tensões de linha no secundário VLS, as correntes de linha no primário ILP e a corrente de linha no secundário ILS estão diretamente relacionadas com o transformador pela relação de espiras (𝑛) por fase que podem ser evidenciadas pelas equações a seguir:
A seguir uma figura que ilustra como as tensões e as correntes dos enrolamentos primários e secundário se relacionam em ligações estrela-estrela:
Conexão delta – delta (Δ - Δ)
As equações: VLS = nVLP e ILS = ILP/n mostradas nas ligações estrela-estrela, também se aplicam para as correntes e as tensões de linha das conexões delta – delta. A conexão delta – delta tem um detalhe único pelo fato de que, se um dos transformadores for retirado da ligação para reparo ou alguma manutenção, os outros dois podem formar um triângulo aberto, capaz de continuar fornecendo tensões trifásicas mesmo sendo em um nível reduzido do transformador trifásico original.
A seguir uma figura que ilustra como as tensões e as correntes dos enrolamentos primários e secundário se relacionam em ligações delta-delta:
Conexão delta – estrela (Δ - Y)
Para essas ligações deve ser adicionado um fator de √3 nos valores de linha-fase, além da permanência da relação entre espiras (𝑛).
A seguir uma figura que ilustra como as tensões e as correntes dos enrolamentos primários e secundário se relacionam em ligações delta-estrela:
Conexão estrela – delta (Y - Δ)
Por último as ligações estrela – delta que de forma similar devem ser corrigidas por um fator √3 nos valores fase – linha, também permanece a relação entre espiras (𝑛) nas equações.
A seguir uma figura que ilustra como as tensões e as correntes dos enrolamentos primários e secundário se relacionam em ligações estrela-delta:
Como Calcular as Potências em Transformadores Trifásicos
Para qualquer uma das ligações mostradas acima valem as fórmulas a seguir:
Onde, 𝑆𝑡 é a potência aparente total, 𝑄𝑡 é a potência reativa e 𝑃𝑡 é a potência ativa. VL e IL são os módulos da tensão de linha e da corrente de linha para o primário (VLP e ILP ), ou a tensão de linha e a corrente de linha para o secundário(VLS e ILS). θ é a diferença angular entre os ângulos dos fasores de tensão e corrente (θ = θv – θi).
Conclusão
Esse artigo buscou explicar como são feitas, quais os tipos e a importância das ligações que podem ser encontradas nas conexões dos transformadores trifásicos. Através delas elucidamos as representações algébricas para os cálculos das tensões, correntes e as potências que atuam nos transformadores.
Com esse conhecimento já é possível ao leitor entender, analisar e interpretar como as ligações nos transformadores são executadas e quais os caminhos ele deve tomar para calcular as tensões, as correntes e as potências tanto no enrolamento primário quanto no secundário.
Referências:
Data Engenharia | Home – Data Engenharia Manutenção em motores, geradores e transformadores
Fundamentos de Circuitos Elétricos. 5ª ed. McGraw Hill México, 2013
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