Como é que um Funcionamento do autotransformador trifásico? Ele aplica três tensões alternadas, separadas por 120 graus elétricos, a três enrolamentos com derivações que compartilham seções comuns de entrada e saída. A corrente variável cria um fluxo magnético no núcleo, o que induz tensão ao longo de cada enrolamento. Ao conectar a carga às derivações selecionadas, o transformador fornece uma tensão trifásica mais alta ou mais baixa, preservando a frequência de alimentação e a sequência de fases.
Pesquisas por “funcionamento do transformador automotivo trifásico” costumam levar a diagramas monofásicos que não explicam quais são as diferenças em uma unidade trifásica. A diferença essencial está na coordenação: todos os três enrolamentos de fase devem ter relações de transformação, polaridade e conexões compatíveis, para que a saída continue sendo um conjunto trifásico balanceado.
Um transformador convencional de dois enrolamentos transfere energia magneticamente entre os enrolamentos primário e secundário isolados. Um autotransformador utiliza um único enrolamento contínuo com derivações por fase. Como a entrada e a saída compartilham parte desse condutor, a energia chega à carga de duas maneiras: parte é transferida por indução eletromagnética e parte é conduzida diretamente através do enrolamento comum.
É por causa desse caminho compartilhado que um autotransformador pode ser menor e utilizar menos material de enrolamento para obter uma relação de tensão adequada. É também por isso que a entrada e a saída são sem isolamento galvânico. Um autotransformador trifásico altera a tensão; ele não gera energia trifásica a partir de uma fonte monofásica e não transforma 50 Hz em 60 Hz.
A fonte fornece L1, L2 e L3. Suas tensões sinusoidais têm a mesma frequência e magnitude nominal, mas estão desfasadas em 120 graus. Dependendo da conexão do enrolamento, a tensão relevante nos terminais de cada enrolamento de fase pode ser a tensão entre fases ou a tensão entre fase e neutro.
A corrente em cada enrolamento energizado produz um fluxo magnético alternado no ramo do núcleo correspondente. Em um núcleo integrado de três ramos, os três fluxos interagem por meio de uma estrutura magnética comum. Em um arranjo em banco, três unidades monofásicas compatíveis desempenham a mesma função trifásica. A construção e as conexões balanceadas ajudam a manter as tensões de saída simétricas.
A lei de Faraday relaciona o fluxo variável à tensão induzida. Para um enrolamento ideal, a tensão é proporcional ao número de espiras ativas:
Vfora / Vem = Nfora / Nem
Se a carga for conectada a um número menor de espiras do que a alimentação, a saída será menor. Se for conectada a um número maior de espiras, a saída será maior. Todas as três fases utilizam a mesma relação de espiras.
O enrolamento comum pertence eletricamente tanto ao circuito de entrada quanto ao de saída. Sua corrente é a diferença vetorial entre as correntes associadas às seções de fonte e de carga, e não simplesmente a corrente de carga total em todas as partes da bobina. Esse compartilhamento reduz o kVA transformado internamente pelo transformador quando os dois níveis de tensão estão próximos.
Assim que uma carga é conectada, a corrente flui a partir dos terminais de saída de acordo com a impedância da carga e o fator de potência. Para um sistema trifásico balanceado ideal:
S = √3 × VL × IL
Os equipamentos reais também apresentam perdas em cobre, perdas no núcleo, impedância de fuga, corrente de magnetização e aumento de temperatura. Esses efeitos influenciam a regulação, a eficiência, a corrente de falha e a potência nominal final em kVA.
A proteção contra sobrecorrente, o aterramento, o monitoramento térmico, a proteção contra sobretensão e a escolha correta do invólucro ajudam a gerenciar falhas e tensões operacionais. Como os circuitos primário e secundário estão eletricamente conectados, uma perturbação a montante pode atingir o lado da carga. A proteção deve ser projetada levando em conta a corrente de falha efetivamente disponível e o sistema de aterramento.
A Transformador elevador e redutor Altera o modo de operação por meio da relação entre os terminais de alimentação e as derivações de saída. O princípio físico do núcleo e do enrolamento permanece o mesmo; o número de espiras conectadas à fonte em relação à carga determina a direção da conversão.
| Modo | Usos do produto | Usos da carga | Resultado elétrico |
|---|---|---|---|
| Redutor | Mais curvas sinuosas | Menos curvas sinuosas | A tensão diminui e a corrente disponível aumenta para um kVA semelhante |
| Aumento de tensão | Menos curvas sinuosas | Mais curvas sinuosas | A tensão aumenta e a corrente disponível diminui para valores semelhantes de kVA |
Não presuma que uma determinada unidade possa ser alimentada em sentido inverso. Os valores nominais da corrente de enrolamento, as derivações, os terminais, a regulação, a proteção e as instruções do fabricante devem permitir a direção pretendida.
Considere um equipamento ideal que recebe 400 V entre fases e fornece 230 V entre fases. Sua relação de transformação nominal é:
Nfora / Nem = 230 / 400 = 0.575
Se estiver alimentando uma carga equilibrada de 50 kVA a 230 V, a corrente ideal na linha de saída é de aproximadamente:
Ifora = 50.000 / (√3 × 230) ≈ 125,5 A
A corrente de entrada ideal a 400 V é de aproximadamente 72,2 A. A corrente nominal real e a tensão de saída refletirão a eficiência, a impedância, a temperatura, a seleção de derivação e o fator de potência da carga. Este cálculo ilustra a relação; ele não substitui os desenhos de projeto ou instalação do fabricante.
A construção de um autotransformador trifásico pode utilizar um núcleo laminado integrado de três ramificações ou três unidades monofásicas coordenadas. Cada fase possui uma seção de enrolamento comum e uma seção em série, com derivações posicionadas de acordo com a relação de tensão especificada. A área do condutor é selecionada de acordo com a corrente transportada por cada seção de enrolamento.
Um conjunto prático também pode incluir:
Tensão, capacidade, frequência, caixa, disposição dos terminais, etiquetas e identidade visual podem ser avaliados por meio do JOHSUN’s Serviço de personalização ODM/OEM. É necessário apresentar uma especificação completa de carga e instalação antes da conclusão da obra.
Um diagrama de fiação de um autotransformador trifásico mostra como se relacionam os três enrolamentos com derivações, os condutores de linha, os terminais de saída, o neutro, o aterramento de proteção e as derivações opcionais. Um arranjo comum é a conexão em estrela: uma extremidade de cada enrolamento se une em um ponto comum, e L1, L2 e L3 se conectam às outras extremidades ou às derivações designadas.
Leia o diagrama nesta ordem:
Importante: A continuidade entre os terminais de entrada e saída pode ser normal em um autotransformador, pois eles compartilham um enrolamento. Somente pessoal elétrico qualificado deve instalar ou testar equipamentos trifásicos, utilizando o diagrama da placa de identificação fornecido, procedimentos aprovados e as normas elétricas aplicáveis.
O símbolo de um autotransformador trifásico geralmente mostra três bobinas com derivações ou um dispositivo trifásico simplificado com conexões comuns entre os enrolamentos. A bobina compartilhada o distingue do símbolo de um transformador de isolamento, que mostra enrolamentos primário e secundário separados. Os desenhos podem utilizar Y para a estrela e D para conexões em delta.
O símbolo indica a função, mas não todos os detalhes da instalação. Os números dos terminais, as posições das derivações, as relações vetoriais, o tratamento do neutro e o aterramento devem ser consultados no desenho do projeto e na documentação do equipamento.
| Fator de seleção | Autotransformador | Transformador de isolamento |
|---|---|---|
| Separação elétrica | Sem isolamento galvânico | Enrolamentos primário e secundário separados |
| Tamanho e material do enrolamento | Costuma ser menor para relações de tensão próximas | Geralmente mais alto para kVA comparáveis |
| Eficiência e regulamentação | Frequentemente favorável | Depende da transferência total de energia magnética |
| Motivo comum para escolher | Ajustamento eficiente da tensão | Requisitos de isolamento, aterramento ou controle de ruído |
Forneça a tensão de entrada e sua tolerância, a tensão de saída e sua tolerância, a frequência, o kVA, o fator de potência da carga, a corrente de partida, o ciclo de trabalho, a disposição das fases e do neutro, a temperatura ambiente, a altitude, a classificação do invólucro, a preferência de resfriamento, os terminais, a proteção e as normas aplicáveis. Motores, retificadores, soldadores e outras cargas com alta corrente de irrupção ou não lineares exigem informações adicionais.
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Os produtos relacionados a seguir são conversores monofásicos de 110/220 V, e não modelos trifásicos. Eles oferecem exemplos úteis das capacidades e formatos disponíveis de conversão para tensão mais alta e mais baixa:
Não. O enrolamento comum cria uma conexão condutiva entre a entrada e a saída. Utilize um transformador de isolamento adequado quando for necessária a separação galvânica.
Não. Ele ajusta a tensão de uma fonte trifásica já existente. Para gerar uma saída trifásica a partir de uma fonte monofásica, é necessário um equipamento de conversão diferente.
Não. A frequência de saída acompanha a frequência de entrada. A conversão de frequência requer um conversor de frequência ou um inversor de frequência adequado à carga.
A conexão em estrela oferece um ponto comum prático e reduz a tensão do enrolamento em fase em relação à tensão da linha. O aterramento, os harmônicos, o equilíbrio e os requisitos do sistema continuam a determinar se essa é a opção adequada.
A magnitude da tensão pode parecer correta, mas os motores conectados podem girar na direção oposta. A sequência de fases deve ser verificada durante o comissionamento.
Escolha uma opção quando a aplicação exigir separação galvânica, um sistema derivado separadamente, um comportamento específico de aterramento ou o isolamento de certas perturbações.
Um autotransformador trifásico funciona aplicando tensões CA com desfasamento de três fases a enrolamentos com derivações coordenadas. A indução magnética determina a tensão por espira, enquanto o enrolamento compartilhado conduz parte da potência diretamente. As derivações selecionadas determinam se a tensão aumenta ou diminui. Esse arranjo pode ser compacto e eficiente, mas não oferece isolamento entre a entrada e a saída; portanto, são essenciais especificações corretas, proteção, aterramento e instalação profissional.
