Diferentes tipos de transformadores e aplicações

 

Funções principais

Conversão de tensão:Ajusta os níveis de tensão para atender a diferentes sistemas de grade ou requisitos de dispositivo.

Isolamento elétrico:Evita a propagação de falhas entre os circuitos primários e secundários, aumentando a segurança.

Eficiência de transmissão:A transmissão de alta tensão reduz a corrente de linha e a perda de energia, melhorando a eficiência geral.

 

 Classificação por nível de tensão

1. Transformadores de energia

Classificação por propósito e função

 

1. Transformadores de energia

Definição:Usado em redes de energia para aumentar ou diminuir a tensão (normalmente acima de 33kV); alta capacidade e projetada para operação contínua.

Aplicações:Usinas de energia, subestações, linhas de transmissão entre província, grandes zonas industriais.

Vantagens:Alta eficiência (até 99%), suporta alta vida e vida útil de alta corrente.

Desvantagens:Sistemas de resfriamento volumosos, caros e complexos.

 

2. Transformadores de distribuição

Definição:Desça de média tensão (10-35kV) para baixa tensão (400\/230V) para usuários finais; tipicamente<2000kVA.

Aplicações:Comunidades residenciais, edifícios de escritórios, shoppings, escolas, hospitais.

Vantagens:Econômico, fácil de instalar e manter; Adequado para uso externo ou montado em postes.

Desvantagens:Menor eficiência de carga total; perda de energia sob carga leve; Faixa de tensão\/capacidade limitada.

 

3. Autotransformers

Definição:Parte primária e secundária parte do enrolamento; tensão ajustada via torneiras.

Aplicações:Início do motor, regulação de tensão, sistemas de teste de energia.

Vantagens:Compacto, de baixo custo e alta eficiência.

Desvantagens:Não isolamento; menor segurança, maior risco de falha.

 

4. Transformadores de instrumentos

Transformadores de tensão (VTS)

Definição:Escala de tensão para medição\/proteção.

Aplicações:Medidores de tensão, relés de proteção, medição de energia.

Vantagens:Alta precisão, isolamento elétrico de sistemas de alta tensão.

Desvantagens:Secundário não deve ser curto-circuito; sensível ao custo.

 

Transformadores atuais (CTS)

Definição:Escala de corrente para medição ou proteção segura.

Aplicações:Medidores atuais, detecção de corrente de falha, sistemas de proteção.

Vantagens:Medição precisa, isola a alta tensão de equipamentos de baixa tensão.

Desvantagens:Secundário não deve ser em circuito aberto; propenso a magnetismo residual.

 

Transformadores de instrumentos gerais

Definição:Converta sinais de alta tensão\/corrente em sinais seguros e de baixo nível.

Aplicações:Subestações, medição, proteção de relé.

Vantagens:Medição segura, alta precisão, padronização.

Desvantagens:Sensível à impedância e saturação; requer calibração e aterramento correto.

 

5. Transformadores de isolamento

Definição:Isolamento completo entre primário e secundário; frequentemente 1: 1 proporção.

Aplicações:Dispositivos médicos, data centers, laboratórios, instrumentos de precisão.

Vantagens:Aumenta a segurança, reduz a interferência do modo comum e elimina os loops de terra.

Desvantagens:Geralmente não muda de tensão; custo relativamente alto; grande pegada.

 

Classificação porCapacidade

In IEC 60076-6, transformers can be classified by capacity into small, middle, and large transformers. Small mainly refers to transformers without additional radiators/coolers/pipes/corrugated oil tanks. Medium transformers refer to transformers with three-phase capacity ≤100 MVA or single-phase capacity ≤33.3 MVA. Large transformers refer to transformers with three-phase capacity >100 MVA or single-phase capacity >33.3 MVA.

 

Classificação por meio de resfriamento

De acordo com o meio de resfriamento, os transformadores podem ser divididos em transformadores imersos de óleo e transformadores do tipo seco. Em seguida, os transformadores do tipo seco podem ser divididos em transformadores do tipo fundido de resina e transformadores impregnados por pressão de vácuo. Os transformadores impregnados da pressão a vácuo são geralmente chamados de transformadores VPI.

Comparação entre tipo seco e transformador imerso de óleo

 

Características	Transformador do tipo seco	Transformador imerso a óleo
Meio de resfriamento	Ar ou outros gases	Óleo de transformador
Segurança	Alto, sem risco de incêndio e explosão	Baixo, há um risco de combustão e explosão de petróleo
Manutenção	Simples, não é necessário substituir regularmente o meio de resfriamento	Requer substituição e manutenção regulares
Proteção Ambiental	Alto, sem poluição para o meio ambiente	Baixo, há um risco de vazamento de petróleo e poluição ambiental
Áreas de aplicação	Arranha-céus, metrôs, hospitais, etc.	Subestações ao ar livre, parques industriais, etc.

 

 

Classificação por fase

 

Classificação por material central e design

 

1. Por material central

 

Transformador do núcleo de ferro

Definição: Usa folhas de aço de silício laminado como núcleo magnético para guiar o fluxo magnético. O design do núcleo geralmente inclui articulações mitradas ou laminações de laps para reduzir a relutância. A espessura da folha de aço de silício é inversamente proporcional à frequência operacional (por exemplo, 0. 3 mm para 5 0 Hz, 0,1 mm por 400 Hz).

Aplicações: Transmissão de energia (sistemas de 50\/60 Hz), fontes de alimentação de frequência de linha, grande controle motor-ideal para sistemas elétricos sensíveis ao custo e de alta potência.

Vantagens: Alta eficiência (95-99%), grande capacidade de energia (até o nível GVA), baixo custo; Projeto laminado e circuitos magnéticos otimizados melhoram a eficiência da conversão de energia.

Desvantagens: Volumoso devido a folhas laminadas; perdas significativas em alta frequência (corrente de redemoinho e histerese); propenso a vibração e ruído. Não é adequado para operação de alta frequência devido ao aumento de perdas.

 

Transformador de núcleo de ferrita

Definição: Utiliza a ferrita (material magnético de cerâmica) como núcleo magnético, adequado para aplicações de alta frequência. A ferrita Mn-ZN é ideal abaixo de 1 MHz, enquanto a ferrita NI-ZN se adapta às frequências acima de 1 MHz. A temperatura Curie (80 a 300 graus) determina a temperatura operacional máxima.

Aplicações: Switching Supplies de alimentação (por exemplo, carregadores de telefone), inversores de alta frequência, circuitos de RF, reatores eletrônicos e pretendíveis para dispositivos compactos, de baixa perda e alta frequência.

Vantagens: Perdas extremamente baixas de alta frequência (acima de 1 MHz), tamanho compacto, forte capacidade anti-saturação; Os materiais adaptados para bandas de frequência específicas garantem alta eficiência de transmissão.

Desvantagens: Capacidade de energia limitada (<10 kW), magnetic permeability varies with temperature, fragile and prone to cracking; performance degrades in high-temperature environments.

 

Transformador de núcleo aéreo

Definição: Falta um núcleo magnético, confiando inteiramente no ar ou no meio não magnético para transmitir o fluxo magnético. Eficaz nas frequências de microondas (faixa GHz), como aplicações RFID, usando estruturas de enrolamento multicamadas ou favos de mel para melhorar o acoplamento.

Aplicações: Comunicação de RF (ajuste da antena), bobinas de Tesla, instrumentos de medição de alta frequência, equipamento supercondutor-ideal para ambientes de alta frequência ou alta linearidade.

Vantagens: Sem histerese ou perda de corrente de Foucault, sem saturação magnética, alta linearidade; O design sem coroa elimina a perda magnética, oferecendo desempenho estável em altas frequências.

Desvantagens: Low efficiency due to poor magnetic coupling, large size, limited to high-frequency applications (>100 kHz); Não é adequado para cenários de baixa frequência ou de alta potência.

 

2. Por design do núcleo

 

Transformador de núcleo solenoidal

Definição: Os enrolamentos são enrolados em torno de um membro central do núcleo, que geralmente é do tipo E-Type ou UI, comumente usado em estruturas de transformador do tipo núcleo, onde o fluxo magnético se volta através de um caminho magnético fechado.

Aplicações: Transformadores de distribuição, transformadores de energia e equipamentos industriais\/elétricos em geral.

Vantagens: Processo de fabricação maduro, adequado para produção de massa padronizada; O amplo espaço de isolamento permite operação de alta tensão; Favorável para sistemas de refrigeração de petróleo ou ar.

Desvantagens: Circuito magnético mais longo leva a um fluxo de vazamento mais alto, vibração e ruído um pouco mais altos; pegada relativamente maior.

 

Transformador do núcleo toroidal

Definição: Usa um núcleo magnético de anel fechado com enrolamentos enrolados em torno dele, permitindo um caminho de fluxo magnético totalmente fechado.

Aplicações: Equipamentos de áudio sofisticados, dispositivos médicos, instrumentos de precisão, equipamentos de laboratório, adaptadores de energia, fontes de alimentação compactas.

Vantagens: Vazamento magnético extremamente baixo e interferência eletromagnética; alta eficiência, operação silenciosa; Instalação compacta e leve e flexível.

Desvantagens: Processo de enrolamento complexo, maior custo de fabricação; inadequado para aplicações de alta tensão; difícil de manter ou substituir.

 

3. Por estrutura central

Transformadores especiais

 

1. Transformadores de retificadores

Definição:Fornece tensões específicas para unidades de retificador; Os designs de múltiplas ventoões reduzem os harmônicos.

Aplicações:Fundição de alumínio, transmissão DC, potência de tração, eletroplicação.

Vantagens:Lida bem com os harmônicos; saída estável; adequado para retificação de alta potência.

Desvantagens:Calor alto devido a harmônicos; sistemas de refrigeração caros.

 

2. Transformadores do forno

Definição:Fornece baixa tensão (10–100V) e alta corrente (até dezenas de KA) para fornos industriais.

Aplicações:Fazendo aço, fundição de metal, processamento térmico.

Vantagens:Saída de corrente alta e ajustável; suporta curto-circuito frequente.

Desvantagens:Menor eficiência; alto consumo de energia; requer resfriamento.

 

3. Testando transformadores

Definição:Produz alta tensão (até várias centenas de kV) para testes de isolamento de curto prazo.

Aplicações:Teste de cabo, teste de isolamento, teste de aceitação de fábrica.

Vantagens:Saída alta ajustável; Capacidade de sobrecarga de curta duração de curto tempo.

Desvantagens:Tamanho grande; tempo de operação limitado; manutenção complexa.

 

4. Transformadores de soldagem

Definição:Fornece potência de baixa tensão e alta corrente para soldagem de arco; Usa a reatância de derivação magnética ou vazamento para moldar a saída.

Aplicações:Soldagem manual de arco, soldagem à vista e canteiros de obras.

Vantagens:Saída estável, adequada para arco frequente; alta segurança.

Desvantagens:Fator de baixa potência; controle complexo; requer compensação.

 

Esta seção descreve a classificação de transformadores elétricos por meio de várias dimensões, incluindo o nível de tensão, propósito e função do transformador, fases, material central, design do núcleo, estrutura do núcleo e meio de resfriamento. Uma análise comparativa dessas categorias é fornecida para orientar a seleção ideal de transformadores com base em demandas operacionais específicas e restrições ambientais.