Conhecimento transformador

Termos do transformador

Definições de termos de transformador

Definições de termos de transformador

• Transformadores elétricos

Os transformadores elétricos são dispositivos utilizados para aumentar ou diminuir a tensão da corrente alternada. Por exemplo, a energia é transportada por longas distâncias em linhas de alta tensão e, em seguida, os transformadores reduzem a tensão para que a energia possa ser usada por uma empresa ou residência.

• Transformadores Isolantes

Um transformador de isolamento é um transformador, muitas vezes com enrolamentos simétricos, que é usado para desacoplar dois circuitos. Um transformador de isolamento permite que um sinal CA ou energia seja retirado de um dispositivo e alimentado em outro sem conectar eletricamente os dois circuitos. Os transformadores de isolamento bloqueiam a transmissão de sinais CC de um circuito para o outro, mas permitem a passagem de sinais CA.

• Linhas de transmissão de energia

Uma Linha de Transmissão é o meio material ou estrutura que forma todo ou parte de um caminho de um lugar para outro para direcionar a transmissão de energia, como ondas eletromagnéticas ou acústicas, bem como transmissão de energia elétrica. Os componentes das linhas de transmissão incluem fios, cabos coaxiais, placas dielétricas, fibras opcionais, linhas de energia elétrica e guias de onda.

• Tensão do Transformador

A medida da quantidade de força em uma carga unitária por causa da carga circundante.

• Fase do Transformador

A maioria dos transformadores são monofásicos ou trifásicos.

• Frequência do Transformador

O transformador não pode alterar a frequência da alimentação. Se a alimentação for de 60 hertz, a saída também será de 60 hertz.

• Fator K do Transformador

Alguns transformadores agora estão sendo oferecidos com uma classificação de fator k. Isso mede a capacidade do transformador de suportar os efeitos de aquecimento de correntes harmônicas não senoidais produzidas por muitos dos equipamentos eletrônicos atuais e certos equipamentos elétricos.

• Tensão Primária

O enrolamento da bobina que está diretamente conectado à energia de entrada.

• Tensão Secundária

O enrolamento da bobina que fornece a tensão de saída.

• Cancelamento Harmônico

O cancelamento de harmônicos é realizado com transformadores de cancelamento de harmônicos, também conhecidos como transformadores de deslocamento de fase. Um transformador de cancelamento de harmônicos é um produto de qualidade de energia relativamente novo para mitigar problemas de harmônicos em sistemas de distribuição elétrica. Este tipo de transformador possui tecnologia eletromagnética incorporada patenteada projetada para remover altas correntes neutras e os harmônicos mais nocivos do 3º ao 21º.

• À prova de intempéries

Os transformadores fechados vêm com um padrão à prova de intempéries definido pela NEMA.

• Epóxi Encapsulado

Um processo no qual um transformador ou um de seus componentes é completamente selado com epóxi ou material similar. Este processo é normalmente preferido quando uma unidade pode encontrar condições ambientais adversas.

• Mais termos de transformador de potência

Tais como indutor, falha de aterramento, saturação do núcleo, transformador de corrente, blindagem faraday, etc.

• Conexão estrela e delta

Conexão Delta

Se chamarmos os condutores trifásicos de L1, L2 e L3, conecte o primeiro ímã a L1 e L2, o segundo a L2 e L3 e o terceiro a L3 e L1.

Esse tipo de conexão é chamado de conexão delta, porque você pode dispor os condutores em forma de delta (um triângulo). Haverá uma diferença de tensão entre cada par de fases que em si é uma corrente alternada. A diferença de tensão entre cada par de fases será maior que a tensão que definimos na página anterior, na verdade será sempre 1,732 vezes essa tensão (1,732 é a raiz quadrada de 3).

Conexão Estrela

No entanto, existe outra maneira de conectar a uma grade trifásica: você também pode conectar uma extremidade de cada uma das três bobinas magnéticas à sua própria fase e, em seguida, conectar a outra extremidade a uma junção comum para todas as três fases. Isso pode parecer surpreendente, mas considere que a soma das três fases é sempre zero e você perceberá que isso é possível.

Tipos de Transformadores

Transformadores elevadores

Um transformador elevador é aquele cuja tensão secundária é maior que sua tensão primária. Este tipo de transformador "aumenta" a tensão aplicada a ele.

Como funciona um transformador elevador ou transformador abaixador: Um transformador é feito de duas ou mais bobinas de fio isolado enroladas em torno de um núcleo feito de ferro. O número de vezes que os fios são enrolados no núcleo ("voltas") é muito importante e determina como o transformador altera a tensão. Se o primário tiver menos voltas que o secundário, você tem um transformador elevador que aumenta as tensões. Quando a tensão é aplicada a uma bobina (frequentemente chamada de primária ou entrada), ela magnetiza o núcleo de ferro, que induz uma tensão na outra bobina (frequentemente chamada de secundária ou saída). A relação de voltas dos dois conjuntos de enrolamentos determina a quantidade de transformação de tensão. Um exemplo disso seria 100 espiras no primário e 50 espiras no secundário, uma relação de 2 para 1. transformador nada mais é do que um dispositivo de relação de tensão Com um transformador elevador ou transformador abaixador a relação de tensão entre primário e secundário irá espelhar a "relação de rotação" (exceto para monofásicos menores que 1 kva que possuem secundários compensados). Uma aplicação prática dessa relação de 2 para 1 volta seria uma queda de tensão de 480 para 240.

Um transformador é feito de duas bobinas, uma de cada lado de um núcleo de ferro macio. O transformador elevador aumenta a tensão. Um exemplo abaixo.

Há dois pontos a serem lembrados

Os transformadores só funcionam com corrente alternada. O uso de corrente contínua criará um campo magnético no núcleo, mas não será um campo magnético variável e, portanto, nenhuma tensão será induzida na bobina secundária.

Usar um transformador elevador para aumentar a tensão não lhe dá algo em vão. À medida que a tensão aumenta, a corrente diminui na mesma proporção. A equação da potência mostra que a potência total permanece a mesma.

P=V x I Potência = Tensão x Corrente

Na realidade, a saída de energia é sempre menor que a entrada de energia porque o campo magnético variável no núcleo cria correntes (chamadas correntes parasitas) que aquecem o núcleo. Esse calor é então perdido para o meio ambiente, é energia desperdiçada.

A eletricidade é produzida primeiro nas usinas. A eletricidade é então enviada para transformadores elevadores, onde a eletricidade de baixa tensão é alterada para alta tensão para facilitar a transferência de energia da usina para o cliente. A tensão deve ser aumentada para que a corrente elétrica tenha o "empurrão" necessário para percorrer longas distâncias com eficiência.

Do transformador elevador, as linhas de transmissão transportam a corrente elétrica de alta tensão por longas distâncias através de fios grossos montados em torres altas que mantêm as linhas de transmissão bem acima do solo. Isoladores de porcelana ou polímeros são usados para evitar que a eletricidade saia das linhas de transmissão.

As linhas de transmissão de alta tensão transportam a corrente elétrica para subestações onde a tensão é reduzida para que possa ser distribuída localmente em linhas de energia menores conhecidas como linhas de distribuição. Os níveis de tensão da linha de distribuição são tipicamente 4 kV ou 12 kV. Essas tensões são reduzidas uma última vez em transformadores de topo de poste menores para tensões de utilização, normalmente 120 e 240 volts, para tornar a energia segura para uso em nossas casas.

Transformadores abaixadores

Um transformador abaixador é aquele cuja tensão secundária é menor que sua tensão primária. O transformador abaixador é projetado para reduzir a tensão do enrolamento primário para o enrolamento secundário.

Este tipo de transformador "reduz" a tensão aplicada a ele. Eles geralmente variam em tamanhos de tensão de 0,5 kva a 500 kva.

Há muitos usos para o transformador abaixador e os dispositivos maiores são usados em sistemas de energia elétrica e pequenas unidades em dispositivos eletrônicos. Os transformadores de potência industriais e residenciais que operam na frequência da linha (60 Hz nos EUA), podem ser monofásicos ou trifásicos, são projetados para lidar com altas tensões e correntes. A transmissão de energia eficiente requer um transformador elevador na estação de geração de energia para aumentar as tensões, com uma diminuição correspondente na corrente. As perdas de energia da linha são proporcionais ao quadrado da corrente vezes a resistência da linha de energia, de modo que tensões muito altas e correntes baixas são usadas para linhas de transmissão de longa distância para reduzir as perdas. Na extremidade receptora, os transformadores abaixadores reduzem a tensão e aumentam a corrente para os níveis de tensão residencial ou industrial, geralmente de 115 a 600 V.

Em equipamentos eletrônicos, são amplamente utilizados transformadores com capacidades da ordem de 1 kw à frente de um retificador, que por sua vez fornece corrente contínua (CC) ao equipamento. Esses transformadores eletrônicos de potência são geralmente feitos de pilhas de folhas de liga de aço, chamadas laminações, nas quais são enroladas bobinas de fio de cobre. Os transformadores na faixa de potência de 1 a 100 W são utilizados principalmente como transformadores abaixadores para acoplar circuitos eletrônicos a alto-falantes em rádios, televisores e equipamentos de alta fidelidade. Conhecidos como transformadores de áudio, esses dispositivos usam apenas uma pequena fração de sua potência nominal para fornecer material de programa nas faixas audíveis, com distorção mínima. Os transformadores são julgados por sua capacidade de reproduzir frequências de ondas sonoras (de 20 Hz a 25 kHz) com distorção mínima em todo o nível de potência sonora.

Como funciona um transformador abaixador?

Um transformador é um dispositivo elétrico com um enrolamento de fio colocado próximo a um ou mais enrolamentos, usado para acoplar dois ou mais circuitos de corrente alternada, empregando a indução entre os enrolamentos. Um transformador em que a tensão secundária é maior que a primária é chamado de transformador elevador, se a tensão secundária for menor que a primária, então é um transformador abaixador. O produto da corrente pela tensão é constante em cada conjunto de enrolamentos, de modo que, em um transformador elevador, o aumento da tensão no secundário é acompanhado por uma diminuição correspondente na corrente.

Fatores na escolha de um transformador abaixador:

Os transformadores devem ser eficientes e devem dissipar o mínimo possível de energia na forma de calor durante o processo de transformação. As eficiências são normalmente superiores a 99 por cento e são obtidas usando ligas de aço especiais para acoplar os campos magnéticos induzidos entre os enrolamentos primário e secundário. Para aumentar a eficiência do transformador e reduzir o calor, uma das considerações mais importantes é a escolha do tipo de metal dos enrolamentos. Os enrolamentos de cobre são mais eficientes do que o alumínio e outras opções de metal de enrolamento. Transformadores com enrolamentos de cobre custam mais inicialmente, mas podem economizar em custo elétrico e manutenção ao longo do tempo e mais do que compensam o custo inicial. A dissipação de até 0,5% da potência transmitida em um grande transformador gera uma grande quantidade de calor, que requer resfriamento especial. Os transformadores de potência típicos são instalados em recipientes selados que têm óleo ou outra substância circulando pelos enrolamentos para transferir o calor para superfícies externas semelhantes a radiadores, onde pode ser descarregado para o ambiente.

Informações sobre um transformador abaixador típico:

Um transformador é um dispositivo para aumentar ou diminuir o sinal elétrico. Sem transformadores eficientes, a transmissão e distribuição de energia elétrica CA por longas distâncias seria impossível.

transformador típico

Existem dois circuitos; o circuito primário e o circuito secundário. Não há conexão elétrica direta entre os dois circuitos, mas cada circuito contém um enrolamento que o liga indutivamente ao outro circuito. Nos transformadores, os dois enrolamentos são enrolados no mesmo núcleo de ferro. A finalidade do núcleo de ferro é canalizar o fluxo magnético gerado pela corrente que flui em torno dos enrolamentos primários, de modo que o máximo possível também ligue o enrolamento secundário. O fluxo magnético comum que liga os dois enrolamentos é convencionalmente denotado em diagramas de circuito por um número de linhas retas paralelas traçadas entre os enrolamentos. Em outras palavras, a razão entre as tensões de pico e as correntes de pico nos circuitos primário e secundário é determinada pela razão do número de voltas nos enrolamentos primário e secundário; esta última relação é geralmente chamada de relação de espiras do transformador. Se o enrolamento secundário contiver mais voltas do que o enrolamento primário, a tensão de pico no circuito secundário excederá a do circuito primário. Esse tipo de transformador é chamado de transformador elevador, porque ele aumenta a tensão de um sinal CA. Observe que a corrente de pico no circuito secundário é menor que a corrente de pico no circuito primário em um transformador elevador (como deve ser o caso se a energia deve ser conservada). Assim, um transformador elevador realmente diminui a corrente. Da mesma forma, se o enrolamento secundário contém menos voltas do que o enrolamento primário, a tensão de pico no circuito secundário é menor que no circuito primário. Este tipo de transformador é chamado de transformador abaixador. Observe que um transformador abaixador realmente aumenta a corrente (ou seja, a corrente de pico no circuito secundário excede a do circuito primário).

O uso de transformadores elevadores e abaixadores em estações de distribuição de energia:

A eletricidade é gerada em estações de energia em uma tensão de pico bastante baixa (às vezes como 440 V) e é consumida em uma tensão de pico de 110 V a 220 V para residências e empresas nos EUA. consumido em uma tensão de pico muito alta (normalmente 50.000 V). Assim que um sinal CA sai do gerador em uma estação de energia, ele é alimentado em um transformador elevador e alimentado em uma linha de transmissão de alta tensão, e transporta a eletricidade por muitos quilômetros e, uma vez que a eletricidade atinge seu ponto de consumo, é alimentado através de uma série de transformadores abaixadores até que sua tensão de pico seja frequentemente reduzida para 110V.

Se a eletricidade é gerada e consumida em baixas tensões de pico, por que se dar ao trabalho de aumentar a tensão de pico para um valor muito alto na estação de energia e, em seguida, diminuir a tensão novamente quando a eletricidade atingir seu ponto de consumo? Por que não gerar, transmitir e distribuir a eletricidade na voltagem de 110V? Considere uma linha de energia elétrica que transmite um pico de energia elétrica entre uma estação de energia e uma cidade. Podemos pensar no número de consumidores na cidade e na natureza dos aparelhos elétricos que eles operam como um número essencialmente fixo. Suponha que a tensão de pico e a corrente de pico do sinal CA sejam transmitidas ao longo da linha. Podemos pensar nesses números como variáveis, pois podemos alterá-los usando um transformador. No entanto, desde então, o produto da tensão de pico e da corrente de pico deve permanecer constante. A resistência da linha causa perdas de energia que são maiores em tensões mais baixas ao longo da distância. A taxa de pico na qual a energia elétrica é perdida devido ao aquecimento ôhmico na linha é alta.

Se a potência transmitida pela linha for uma quantidade fixa, assim como a resistência da linha, então a potência perdida na linha devido ao aquecimento ôhmico varia como o inverso do quadrado da tensão de pico na linha. Acontece que mesmo em tensões muito altas, como 50.000 V, as perdas de potência ôhmica em linhas de transmissão que percorrem mais de dez quilômetros podem chegar a 20% da potência transmitida. Pode-se facilmente avaliar que, se fosse feita uma tentativa de transmitir energia elétrica CA a uma tensão de pico de 110 V, as perdas ôhmicas seriam tão severas que praticamente nenhuma energia chegaria ao seu destino. Só é possível gerar energia elétrica em um local central, transmiti-la por grandes distâncias e depois distribuí-la em seu ponto de consumo, se a transmissão for realizada em uma tensão de pico muito alta (quanto maior, melhor). Os transformadores desempenham um papel vital neste processo porque nos permitem aumentar e diminuir a tensão de um sinal elétrico CA de forma muito eficiente. Um transformador bem projetado normalmente tem uma perda de energia que é apenas uma pequena porcentagem da energia total que flui através dele.

Transformador de isolação

Os transformadores de isolamento possuem enrolamentos primário e secundário fisicamente separados um do outro. Às vezes, os transformadores de isolamento são chamados de "isolados".

Isso ocorre porque os enrolamentos são isolados um do outro. Em um transformador de isolamento, o enrolamento de saída será isolado ou flutuante do aterramento, a menos que esteja ligado no momento da instalação. A ligação secundária de neutro a terra praticamente elimina o ruído de modo comum, fornecendo uma referência isolada de neutro-terra para equipamentos sensíveis e uma alternativa econômica para a instalação de circuitos dedicados e atualizações elétricas do local.

Um transformador de isolamento permite que um sinal CA ou energia seja retirado de um dispositivo e alimentado em outro sem conectar eletricamente os dois circuitos. Os transformadores de isolamento bloqueiam a transmissão de sinais CC de um circuito para o outro, mas permitem a passagem de sinais CA. Eles também bloqueiam a interferência causada por loops de terra. Os transformadores de isolamento com blindagens eletrostáticas são usados para fontes de alimentação de equipamentos sensíveis, como computadores ou instrumentos de laboratório. Os transformadores de isolamento são diferentes dos transformadores automáticos nos quais o primário e o secundário compartilham um enrolamento comum.

Os transformadores de isolamento podem realizar várias tarefas:

Os enrolamentos primário e secundário podem ser construídos para aumentar ou diminuir a tensão de saída. Por exemplo, o transformador pode realizar casamento de tensão entre uma carga de 120 V e um sistema elétrico que mede 208 V.

Os transformadores de isolamento construídos com blindagens de Faraday melhorarão a qualidade da energia atenuando as correntes de ruído de frequência mais alta.

Os transformadores de isolação fornecem melhor correspondência de impedância de uma carga crítica a um circuito elétrico. O componente interno do transformador de isolamento de baixa impedância oferece 100% de isolamento da linha CA de entrada.

Os transformadores de isolamento de grau hospitalar são ideais para a proteção de equipamentos eletrônicos sensíveis em áreas de atendimento ao paciente.

O transformador de isolamento com blindagem de Faraday reduz a corrente de fuga cumulativa do isolador e do equipamento conectado a níveis abaixo de 300 microamperes.

Componentes de supressão de surto colocados na entrada e saída da linha combinados com isolamento total da linha oferecem filtragem contínua de uma ampla gama de ruídos da linha de energia em todos os modos. A filtragem ativa do transformador oferece rejeição contínua de ruído de modo comum sem peças de desgaste, capaz de reduzir surtos nos piores ambientes de energia a níveis inofensivos.

O transformador de isolação fornece um método de "código legal" de religar o aterramento de segurança do sistema elétrico ao condutor neutro no secundário do transformador. Isso elimina a tensão e o ruído neutro-terra, que é a principal causa de problemas de confiabilidade para eletrônicos baseados em microprocessadores.

Em testes eletrônicos, solução de problemas e manutenção, um transformador de isolamento é um transformador de potência 1:1 usado como precaução de segurança. Como o fio neutro de uma tomada está diretamente conectado ao aterramento, objetos aterrados próximos ao dispositivo em teste (mesa, luminária, piso de concreto, fio terra do osciloscópio, etc.) podem estar em uma diferença de potencial perigosa em relação a esse dispositivo. Ao usar um transformador de isolamento, a ligação é eliminada e o risco de choque está totalmente contido no dispositivo.

Os transformadores de isolação são comumente projetados com atenção especial ao acoplamento capacitivo entre os dois enrolamentos. Isso é necessário porque a capacitância excessiva também pode acoplar a corrente CA do primário para o secundário. Uma blindagem aterrada é comumente interposta entre o primário e o secundário. Qualquer acoplamento capacitivo restante entre o secundário e o terra simplesmente faz com que o secundário fique equilibrado em relação ao potencial de terra.

Todos os transformadores fornecem isolamento. Eles são construídos com um enrolamento primário e secundário enrolados em torno do mesmo núcleo ferroso. Os transformadores comerciais incorporam uma única blindagem de Faraday entre os enrolamentos primário e secundário para desviar o ruído, que normalmente seria acoplado eletricamente entre os enrolamentos primário e secundário ao terra. O método pelo qual ocorre esse acoplamento elétrico do ruído é a capacitância entre as bobinas dos enrolamentos primário e secundário do transformador, que não inclui blindagem de Faraday. Essa mesma capacitância limita a passagem de banda de frequência superior do transformador da mesma maneira que as indutâncias mútuas e autoindutâncias do dispositivo determinam seu corte de baixa frequência. À medida que a frequência das correntes de excitação aumenta, a reatância causada pela capacitância entre os enrolamentos tende a desviar essas correntes, limitando assim o desempenho de alta frequência.

O único escudo de Faraday controla todos os tipos de males que podem ser atribuídos ao acoplamento elétrico de ruído através de um transformador. No entanto, o problema com uma única blindagem surge quando ela é ligada ao terra do lado primário ou secundário do transformador. A inclusão de uma blindagem de Faraday entre os enrolamentos primário e secundário elimina a intercapacitância, mas também estabelece duas novas capacitâncias entre a blindagem e ambos os enrolamentos. Esses dois recursos permitem que correntes de alta frequência fluam nos sistemas de aterramento do primário e do secundário. Ligar a blindagem do transformador ao terra primário ou secundário estabelece caminhos de corrente para ruído de alta frequência no condutor de referência do circuito a ser isolado. A escolha particular do aterramento para conexão da blindagem fornece apenas a seleção do mais silencioso dos circuitos primário e secundário. Em muitas aplicações, esse caminho de corrente anula qualquer efeito de isolamento que um transformador possa fornecer.

Um transformador de isolamento é projetado para resolver os problemas associados ao referenciamento de suas blindagens internas ao terra. É construído com duas blindagens de Faraday isoladas entre os enrolamentos primário e secundário. Quando devidamente instalada, a blindagem mais próxima do enrolamento primário é conectada ao terra comum da fonte de alimentação e a blindagem mais próxima do enrolamento secundário é conectada à blindagem do circuito a ser isolado. A utilização de duas blindagens na construção do transformador de isolação desvia ruídos de alta frequência, que normalmente estariam acoplados através do transformador aos aterramentos do circuito em que ocorrem. As duas blindagens fornecem isolamento mais eficaz dos circuitos primário e secundário isolando também seus aterramentos. O transformador de isolação adiciona uma terceira capacitância entre as duas blindagens de Faraday, o que pode permitir o acoplamento de ruído de alta frequência entre os aterramentos do sistema. No entanto, aumentar a separação entre as duas blindagens de Faraday normalmente minimiza essa terceira capacitância. Além disso, o efeito dielétrico das blindagens mais a maior separação dos enrolamentos reduzem significativamente a intercapacitância entre os enrolamentos.

Geralmente, uma folha condutora envolvendo completamente os enrolamentos fornecerá um caminho de aterramento para o ruído do circuito primário e tem a vantagem de existir uma capacitância muito menor entre as bobinas primárias e secundárias do que no caso de uma simples blindagem de Faraday. A blindagem de Faraday é simplesmente uma única volta aterrada de folha não ferrosa condutora colocada entre as bobinas para desviar o ruído primário para o solo. A blindagem envolvente, se devidamente ligada à terra, não re-irradiará o sinal de ruído e proporcionará uma redução eficaz do ruído eletromagnético. Normalmente, de acordo com Topaz, a uma distância de 18 polegadas do centro geométrico de um transformador, a intensidade do campo será menor que 0,1 gauss e seguirá aproximadamente as leis do cubo inverso. Como as capacitâncias entre enrolamentos são o caminho principal pelo qual a linha de energia significativa e o ruído relacionado ao transiente se acoplam ao sistema, são necessárias mais informações para descrever o que ocorre. Durante o tempo em que a energia está sendo transferida entre os enrolamentos do transformador, os potenciais de ruído entre os circuitos primários e o terra são acoplados de maneira semelhante ao secundário por meio de caminhos capacitivos e resistivos. Este ruído aparece em três formas normalmente em um circuito de transformador: modo comum, modo transversal e eletromagnético.

Comum - Modo Ruído

Este ruído aparece entre os dois lados de uma linha de energia e terra. Como esse ruído está relacionado ao aterramento do sistema de energia, o método mais óbvio de eliminar esse ruído é aterrar o tap central do transformador ao aterramento do sistema por meio do caminho de impedância mais baixo possível. Projetos de transformadores internos, que separam as bobinas para reduzir o acoplamento capacitivo, têm algumas vantagens, mas também aumentam a indutância de fuga e reduzem a transferência de energia.

Transversal - Modo

O ruído de modo transversal é muito mais difícil de eliminar do que o ruído de modo comum. A chave aqui é diferenciar entre potência e ruído e, em seguida, reduzir o ruído.

Ruído e potência são separados pela diferença em suas frequências. O transformador mais eficaz seria um projeto exatamente oposto a um transformador de áudio. O objetivo é transferir a potência exigida pela carga na frequência de energia fundamental e eliminar todas as frequências mais altas e mais baixas. Frequências sub-harmônicas são atenuadas pela operação do transformador em densidade de fluxo relativamente alta, o que é eficaz em reduzi-las ou eliminá-las. Acima da frequência fundamental, o ruído é reduzido introduzindo o máximo possível de indutância de fuga, consistente com uma boa transferência de energia para o secundário.

O ruído de modo transversal aparece como uma tensão nos enrolamentos primário e secundário de um transformador de isolamento. Ocorre quando um sinal de ruído de modo comum faz com que a corrente flua no enrolamento primário (ou enrolamento secundário) e daí para o terra via capacitância para uma blindagem aterrada. O ruído de modo comum também pode ser transformado em 'ruído de modo transversal e, assim, por meio do acoplamento magnético, contaminar o secundário de um transformador de isolamento. Normalmente, pela seleção adequada de perda de núcleo versus indutância do enrolamento primário, um transformador de isolamento bem projetado eliminará a maioria desse tipo de ruído. Aqui, novamente, aterrar a blindagem do transformador no caminho de menor impedância disponível resultará em correntes de ruído usando esse caminho de retorno em vez de algum outro caminho de impedância mais alta para o terra da fonte de ruído.

O ruído eletromagnético não constitui um grande problema na maioria das aplicações, mas às vezes é crítico em alguns sistemas de gravação ou dados digitais e em medições de interferência eletromagnética.

Aplicações em nível de caixa

Os transformadores de isolamento são frequentemente usados para proteger circuitos de alto ganho ou evitar caminhos de aterramento ruidosos na instrumentação. A blindagem no nível do instrumento é difícil e muitas vezes ineficaz. Como a maioria dos instrumentos comerciais tem blindagem única em seu transformador de potência, os projetistas às vezes esperam que, adicionando um transformador de isolação, os problemas de aterramento possam ser eliminados. Essa abordagem geralmente não traz benefícios para o sistema, a menos que todos os outros caminhos de aterramento no instrumento possam ser totalmente isolados. Um transformador de isolação não substitui a blindagem ou o aterramento adequados de instrumentos individuais. . A quantidade de isolamento de aterramento fornecida pelo transformador no nível da caixa é limitada pelo uso de uma única blindagem de chassi envolvendo a caixa. As correntes de ruído de alta frequência geradas pelo circuito da caixa podem ser acopladas aos condutores de referência do circuito através da conexão das blindagens de ambos os transformadores à referência do circuito. Além disso, qualquer diferença de potencial entre o aterramento do sistema de alimentação na entrada primária do transformador de isolação e o aterramento do sistema de alimentação no equipamento e o aterramento do sistema de alimentação no chassi do equipamento fará com que as correntes fluam no condutor de referência do circuito.

A aplicação mais eficaz de transformadores de isolação é em racks de equipamentos. Um rack atua como uma blindagem externa para instrumentos internos, enquanto serve como referência de sinal zero para sinais de saída do sistema. Os transformadores de isolamento são usados para controlar as correntes de blindagem e para quebrar a capacitância mútua entre a instrumentação do rack e um aterramento de energia desconhecido.

O principal benefício da utilização de um transformador de isolação com um rack de equipamentos é o maior controle das correntes nas blindagens dos equipamentos. Quaisquer diferenças de potencial entre o aterramento da rede elétrica e o aterramento do rack farão com que as correntes fluam no loop. O transformador de isolamento permite que essas correntes de "terra" sejam direcionadas através de uma parte da blindagem do bastidor que não afetará a operação de circuitos sensíveis e isola completamente essas correntes dos condutores de referência internos do equipamento.

Aplicações em Nível de Sala

Freqüentemente, é necessário isolar os gabinetes de teste EMC de áreas de construção ruidosas. Os transformadores de isolamento não só podem ser usados para desacoplar efetivamente a energia do edifício, mas também porque eles também atuam como circuitos sintonizados; eles reduzem o ruído diferencial de equipamentos externos, que atingem sua sala de tela. Embora seja reconhecido como um segundo transformador de isolamento dentro da sala de teste reduzirá muito o ambiente da linha de energia, esta seção considerará apenas o uso de transformadores nas linhas de energia para uma sala de tela típica.

Como acontece com qualquer transformador, os transformadores de isolamento irradiam campos magnéticos. A localização física do transformador adjacente ou conectado a uma sala de tela pode aumentar em vez de diminuir o ruído ambiente. Uma vez que a caixa física de um transformador, bem como a blindagem do enrolamento primário, são normalmente conectadas ao aterramento do terceiro fio da energia fornecida, a blindagem do enrolamento secundário deve ser isolada da caixa do transformador e conectada apenas à blindagem do conduíte que vai para a sala blindada para obter o isolamento de aterramento adequado. O conduíte atua como uma blindagem de RF para a alimentação da sala e completa a conexão entre a sala blindada e a blindagem do enrolamento secundário no transformador.

Se o transformador for trifásico e alimentar mais de um cômodo, a melhor aplicação para isolamento entre cômodos é usar apenas uma fase para cada cômodo, com limite de três cômodos por transformador. Com esta abordagem, os filtros de linha de energia irão efetivamente isolar a sala enquanto fornecem atenuação de ruído prática.

Projeto adequado do transformador, fiação e, acima de tudo, aterramento, são os únicos meios eficazes de reduzir os três tipos de problemas de ruído. O aterramento deve ser controlado e usar o caminho de impedância mais baixo possível (ou seja, ligação) ao sistema de aterramento de referência central para garantir a atenuação máxima das fontes de ruído. Para obter a proteção máxima de um transformador, não apenas ele deve ser aplicado corretamente, mas também o transformador deve ser especialmente projetado para uso de isolamento.

Transformadores de isolamento trifásicos

Os transformadores de isolamento trifásicos são usados para muitas aplicações, desde secadores de grãos, serrarias, sistemas de correias transportadoras, refrigeração e ar condicionado. As três fases têm 3 enrolamentos primários e 3 secundários fisicamente separados um do outro. Cada um desses enrolamentos é isolado um do outro. Os enrolamentos de saída serão isolados ou flutuantes do aterramento, a menos que estejam ligados no momento da instalação.

Os transformadores de isolação trifásicos blindados têm todas as características do padrão trifásico e também incorporam uma blindagem metálica completa (geralmente cobre ou alumínio) entre os enrolamentos trifásicos primários e trifásicos secundários. Esta blindagem eletrostática ou Faraday Shield é conectada ao aterramento e executa duas funções:

Atenua (filtra) os transientes de tensão (picos de tensão). Esses transformadores de isolamento trifásicos blindados têm uma taxa de atenuação de 100 para 1.

Ele filtra o ruído de modo comum, Atenuação de aproximadamente 30 decibéis. O transformador de isolação trifásico blindado é preferível ao transformador de isolação trifásico padrão porque fornece proteção a equipamentos sensíveis e críticos. Quando mais de um transformador de isolação trifásico blindado é usado entre a fonte e a carga, ele é chamado de "cascata" e melhora muito a qualidade da energia.

Transformadores Buck Boost

Os transformadores Buck Boost são transformadores pequenos, monofásicos, projetados para reduzir (buck) ou aumentar (aumentar) a tensão da linha de 5 a 20%.

O exemplo mais comum é o aumento de 208 volts para 230 volts. geralmente para operar um motor de 230 volts, como um compressor de ar condicionado, a partir de uma linha de alimentação de 208 volts. Eles têm um primário de dupla voltagem e um secundário de dupla voltagem.

Buck-boosts são um tipo padrão de transformadores de distribuição monofásicos, com tensões primárias de 120, 240 ou 480 volts e secundárias tipicamente de 12, 16, 24, 32 ou 48 volts. Eles estão disponíveis em tamanhos geralmente de 50 volt amperes a 10 kilovolts amperes.

Um transformador buck boost é a solução ideal para alterar a tensão da linha em pequenas quantidades. As principais vantagens são o custo perdido, tamanho compacto e peso leve. Eles também são mais eficientes e custam menos do que os transformadores de isolamento equivalentes. Quando conectados como um autotransformador, eles podem lidar com cargas de até 20 vezes a classificação da placa de identificação.

Quando um transformador buck boost tem os enrolamentos primário e secundário conectados, ele se torna um autotransformador. Agora apenas os enrolamentos secundários estão transformando a tensão e a corrente. A maior parte da carga KVA passa diretamente da alimentação para a carga. É por isso que eles podem fornecer uma carga com uma classificação de KVA maior do que a indicada na placa de identificação.

Eles são ideais para aplicações de controle de iluminação de baixa tensão. Eles são projetados para fornecer energia para circuitos de iluminação de baixa tensão, painéis de controle ou outros sistemas que requerem 12, 16, 24, 32 ou 48 volts. Eles também são adequados para iluminação de paisagem de baixa tensão. Eles são listados pela UL para serviços externos e seu tamanho compacto os torna a solução perfeita para fornecer energia para aplicação de iluminação de destaque.

Existem dois tipos básicos de transformadores buck boost, auto-ajustáveis (ativos) ou projetos passivos. Os tipos ativos monitoram as tensões de entrada e ajustam a tensão de saída para ficar dentro de uma faixa aceitável. Isso é tipicamente entre 115 VAC e 225 VAC para sistemas UPS de computador. O sistema diminuirá ou aumentará a tensão se detectar uma variação na tensão de entrada.

Os transformadores passivos são usados para equipamentos maiores onde a quantidade é fixa. Isso é comumente usado quando alguém deseja usar um equipamento feito para energia européia (220VAC a 230VAC) nos Estados Unidos, que possui serviço de 208V e 240V disponível.

Os transformadores passivos são classificados em volt-amperes e são classificados para uma porcentagem de queda ou aumento de tensão. Por exemplo, um transformador buck boost classificado em 10% de aumento em 208VCA aumentará a tensão de entrada de 210VCA para 231VCA. Uma queda nominal de 5% em 240VCA produzirá o resultado de 233VCA se a tensão de entrada real for 245VCA. As classificações de 208VAC para energia trifásica de classe empresarial e 240VAC para energia elétrica de classe residencial são aproximadas e variam em vários volts, dependendo da localização e até mesmo da hora do dia e da demanda local.

Os transformadores Buck Boost ajustam apenas a tensão, não a frequência ou os ciclos da eletricidade; portanto, você não pode usá-lo para ajustar equipamentos que requerem 50 Hz nos EUA. Todas as usinas de energia dos EUA usam sistemas de 60 Hz. Alguns equipamentos são projetados para funcionar a 50 Hz ou 60 Hz e funcionariam bem.

A maioria dos transformadores passivos vem semi-cabeada, onde você completa as últimas conexões internas para que a unidade execute a quantidade de buck ou boost necessária. Eles têm vários toques nas bobinas primária e secundária para obter essa flexibilidade. Eles são projetados para instalações com fio rígido (sem plugues) e permitem que o mesmo transformador seja usado em várias aplicações diferentes. O mesmo transformador pode ser religado para aumentar ou diminuir em 5%, 10% ou 15% para aplicações de 208VAC ou 240VAC, dependendo da fiação final feita pelo eletricista.

Na indústria de curtumes (e para uso em outras indústrias) existem novos transformadores fixos que custam quase o mesmo, mas são configurados de maneira diferente. Eles já vêm pré-instalados, então você deve comprá-los com a quantidade exata de buck ou boost que você precisa para sua aplicação. Em vez de serem unidades com fio, eles têm plugues e receptáculos, tornando a instalação muito rápida e fácil. Isso elimina a necessidade de um eletricista se você puder determinar sua tensão de entrada exata. Para torná-los ainda mais fáceis de usar, eles oferecem classificação em amperes em vez de volt amperes, o que torna mais fácil combinar o transformador certo para a tarefa. Estes são usados quase exclusivamente em aplicações leves a moderadas que requerem 240VAC 40 amp ou menos.

Nem todos os equipamentos de 240 V precisam de um transformador para compensar ou aumentar a tensão. Esses tipos de transformadores são usados quando um equipamento elétrico tem um requisito elétrico que está ligeiramente fora da tolerância com a fonte de alimentação de entrada. Isso é mais comum ao usar equipamentos de 240 V em uma empresa com serviço de 208 V ou vice-versa. Também é comum para eletrônicos fabricados em um país diferente daquele em que estão sendo usados.

Freqüentemente, o equipamento será classificado com uma faixa de tensão, como 220VAC a 230VAC, exigindo um transformador buck boost se a energia de entrada não estiver dentro da faixa. É importante que você use transformadores buck boost com classificação igual ou superior à carga nominal do equipamento, ou poderá danificar o transformador e o equipamento.

Se um equipamento precisar de um transformador buck boost, mas não for usado, pode causar danos ao equipamento. Operar o equipamento em uma tensão inferior à nominal pode fazer com que a carga de amperagem aumente, a fim de atender ao requisito de potência total do equipamento. Isso pode resultar em danos, incluindo o derretimento de fios ou peças. Operar com uma tensão muito alta pode causar outros tipos de danos. O tipo de dano que pode ocorrer depende do tipo de equipamento e de sua sensibilidade a tensões inadequadas, mas, na maioria das circunstâncias, pelo menos reduzirá bastante a vida útil do equipamento e o tornará mais propenso a falhas. Os transformadores Buck-Boost são uma maneira econômica de corrigir esse problema potencialmente muito sério. Sempre que uma mudança de tensão de linha na faixa de 5-20% for necessária, um transformador buck-boost deve ser considerado como sua primeira linha de defesa.

Quando a quantidade de aumento ou queda na tensão de entrada é superior a 15% a 20%, isso geralmente está fora dos limites para os quais um transformador buck boost foi projetado e é necessário um transformador de linha. Os transformadores de linha são basicamente os mesmos, mas com pontos de tap diferentes para proporcionar maior elevação ou queda de tensão, como 240VAC a 120VAC.

Aplicação Uso do Buck-Boost Transformer:

• Uma aplicação típica é 120 volts de entrada, 12 volts de saída para iluminação de baixa tensão ou circuitos de controle. Na maioria das aplicações, este transformador de baixa tensão é conectado em campo como um autotransformador.
• Existe baixa tensão de alimentação porque o equipamento está instalado no final do sistema de barramento.
• Quando o sistema de abastecimento estiver operando em sua capacidade projetada ou acima dela.
• Onde a demanda geral do consumidor pode ser tão alta, a concessionária corta a tensão de alimentação para o consumidor, causando uma "queda de energia".

Esses transformadores oferecem grande capacidade e flexibilidade em tamanhos de KVA e combinações de tensão de entrada/saída. Basicamente, você pode obter 75 transformadores diferentes em uma embalagem conveniente.

Perguntas mais comuns sobre transformadores Buck-Boost

1. Como um transformador buck-boost difere de um transformador isolante?

Um transformador Buck-Boost é um transformador do tipo isolante quando sai da fábrica. Quando conectado no local de trabalho, um fio condutor no primário é conectado a um fio condutor no secundário, alterando assim as características do transformador para as de um autotransformador. Os enrolamentos primário e secundário não são mais "isolados" e os enrolamentos secundários não são mais "isolados" e sua capacidade de KVA é bastante aumentada.

2. Qual a diferença entre um transformador buck-boost e um autotransformador?

Quando um fio condutor primário e um fio condutor secundário de um transformador buck-boost são conectados juntos eletricamente, em uma conexão de compensação ou reforço de tensão recomendada, o transformador é um autotransformador. Porém, se não for feita a interligação entre os enrolamentos primário e secundário, então a unidade é um transformador do tipo isolante.

3. Por que os transformadores Buck-Boost têm 4 enrolamentos?

Para torná-los versáteis. Um enrolamento de quatro tem 2 enrolamentos primários e 2 enrolamentos secundários e pode ser conectado de oito maneiras diferentes para fornecer uma grande variedade de saídas de tensão e KVA.

4. Um transformador buck-boost estabiliza a tensão?

NÃO, a tensão de saída é uma função da tensão de entrada. Se a tensão de entrada variar, a tensão de saída também variará na mesma porcentagem.

5. Existe alguma restrição quanto ao tipo de carga que pode ser operada a partir de um transformador buck-boost?

Não há restrições.

6. Por que um transformador buck-boost pode operar uma carga KVA muitas vezes maior do que a classificação KVA em sua placa de identificação?

O transformador foi autoconectado de forma que a tensão secundária de 22 V seja adicionada à tensão primária de 208 V, produzindo uma saída de 230 V.

7. Os transformadores buck-boost podem ser usados em cargas de motores?

Sim, monofásico ou trifásico.

8. Os transformadores buck-boost podem ser usados tanto em sistemas trifásicos quanto em sistemas monofásicos?

Sim, uma única unidade é usada para compensar ou aumentar a tensão monofásica. Duas ou três unidades são usadas para compensar ou aumentar a tensão trifásica. O número de unidades a utilizar numa instalação trifásica depende do número de fios da linha de alimentação. Se a alimentação trifásica for de 4 fios Y, use três transformadores buck-boost. Se a alimentação trifásica for de 3 fios em Y (neutro não disponível), use dois transformadores buck-boost.

9. Os transformadores buck-boost devem ser usados para desenvolver um circuito Y trifásico de 4 fios a partir de um circuito delta trifásico de 3 fios?

Não, uma conexão de transformador buck-boost trifásico em estrela deve ser usada apenas em uma fonte de alimentação de 4 fios. Uma conexão delta para estrela não fornece capacidade de corrente adequada para acomodar correntes desequilibradas que fluem no fio neutro do circuito de 3 fios.

10. Por que os transformadores buck-boost são enviados de fábrica como transformadores isolantes e não pré-conectados na fábrica?

Um transformador buck-boost de quatro enrolamentos pode ser conectado de oito maneiras diferentes para fornecer uma infinidade de combinações de saída de tensão e KVA. A conexão adequada do transformador depende da tensão de alimentação do usuário, tensão de carga e carga KVA. É mais viável para o fabricante enviar a unidade como um transformador isolante e permitir que o usuário a conecte no local de trabalho de acordo com a tensão de alimentação disponível e os requisitos de sua carga.

11. Os transformadores buck-boost são tão silenciosos quanto os transformadores de isolação padrão?

Sim, o transformador de isolação teria que ser fisicamente maior que os transformadores buck-boost, e transformadores menores são mais silenciosos que os maiores.

12. Como o custo de um transformador buck-boost se compara ao de um transformador isolante - ambos capazes de lidar com a mesma carga?

A economia em dólares é geralmente superior a 75% em comparação com o uso de um transformador de distribuição do tipo isolante para a mesma aplicação.

13. Qual é a expectativa de vida de um transformador buck-boost?

É a mesma expectativa de vida de outros transformadores do tipo seco.

Você deve ter as seguintes informações antes de selecionar um transformador buck-boost:

• Tensão da linha - A tensão que você deseja diminuir ou aumentar. Isso pode ser encontrado medindo a tensão da linha de alimentação com um voltímetro.
• Tensão de Carga - A tensão na qual seu equipamento foi projetado para operar. Isso está listado na placa de identificação do equipamento.
• Carregar KVA ou Carregar Amps - Não é necessário saber ambos - um ou outro é suficiente para fins de seleção. Isso geralmente é encontrado na placa de identificação do equipamento.
• Frequência - A frequência da rede de alimentação deve ser a mesma do equipamento a ser operado - monofásico ou trifásico.

Transformadores Automáticos

Aplicações de Transformadores Automáticos

Os autotransformadores são usados principalmente para aumentar ou diminuir tensões de linha monofásicas ou trifásicas para os níveis desejados.

Construção de Transformadores Automáticos

A construção é caracterizada por uma única bobina de fio de cobre comum aos circuitos primário e secundário, enrolada em torno de um núcleo de aço silicone. Embora teoricamente partes separadas do enrolamento possam ser usadas para entrada e saída, na prática a tensão mais alta será conectada às extremidades do enrolamento e a tensão mais baixa de uma extremidade a uma derivação. Por exemplo, um transformador com derivação no centro do enrolamento pode ser usado com 230 volts em todo o enrolamento e equipamento de 115 volts, ou invertido para conduzir equipamentos de 230 volts a partir de 115 volts. Como o mesmo enrolamento é usado para entrada e saída, o fluxo no núcleo é parcialmente cancelado e um núcleo menor pode ser usado. Para taxas de tensão que não excedam cerca de 3:1, o transformador automático é mais barato, mais leve, menor e mais eficiente do que um transformador verdadeiro (de dois enrolamentos) da mesma classificação.

Expondo parte das bobinas do enrolamento e fazendo a conexão secundária através de uma escova deslizante, pode-se obter um autotransformador com uma relação de espiras quase continuamente variável, permitindo incrementos muito pequenos de tensão.

Transformadores Automáticos vs. Transformadores de Isolamento

Fisicamente menor e mais econômico para adquirir, o autotransformador pode ser uma alternativa atraente a um transformador de isolação equivalente, sob as condições corretas.

A principal diferença entre um autotransformador e um transformador de isolamento é a separação dos enrolamentos secundários. Como o autotransformador usa um único enrolamento de bobina para a entrada primária e a saída secundária, qualquer ruído elétrico, picos de tensão, quedas ou qualquer outra condição indesejável passará sem verificação. Equipamentos suscetíveis a danos causados por más condições de linha não serão protegidos. E ruído e harmônicos gerados por componentes no lado secundário poderão ser transmitidos para a linha de alimentação principal. Como o autotransformador pode transmitir distúrbios de linha diretamente, os códigos de construção locais podem proibir seu uso em determinadas áreas. Os autotransformadores também não devem ser usados em conexões delta fechadas, pois introduzirão no circuito uma mudança de fase que causa maior consumo de energia.

Os autotransformadores são mais bem usados em aplicações onde a tensão da linha precisa ser combinada com uma peça protegida do equipamento. Um bom exemplo seria uma máquina-ferramenta fabricada na Europa e projetada para operar em 400 V. Os acionamentos e controles dentro da máquina seriam protegidos por indutores ou transformadores já instalados na máquina-ferramenta. Um transformador de isolamento poderia converter uma tensão de alimentação de 480 em 400 V, mas o isolamento adicional seria redundante e caro. Um autotransformador realizaria a conversão de tensão por uma fração do custo do transformador de isolação, em um pacote que seria aproximadamente dois terços menor.

Transformadores de alta tensão

Existem muitos tipos diferentes de transformadores de tensão. Um transformador de alta tensão opera com altas tensões.

Normalmente, esses transformadores de tensão são usados em aplicações de transmissão de energia, onde as tensões são altas o suficiente para apresentar um risco à segurança. Também transformador de alta tensão é usado em forno de microondas. Diz-se que os transformadores de alta tensão são o "músculo" do microondas. Com uma entrada de 120 VAC (ou 240 VAC em muitos modelos comerciais) aplicada aos enrolamentos primários, o transformador de alta tensão aumenta essa tensão primária para uma tensão muito alta. Essa alta tensão é então aumentada ainda mais pela ação de duplicação de tensão do capacitor e do diodo.

Não existe uma definição universalmente aceita para um transformador de alta tensão, embora alguns padrões da indústria especifiquem várias tensões mínimas. Essas definições são geralmente baseadas em considerações de segurança ou na tensão onde ocorrerá o arco. Seria conveniente se a alta tensão fosse universalmente aceita para começar em um bom número redondo. Em vez disso, vimos tensões tão baixas quanto 5 V referidas como alta tensão. De acordo com a Bonneville Power Administration, para ser considerada alta tensão, ela precisa ser de 100 kV ou superior.

Os transformadores de alta tensão são construídos para lidar com quantidades elevadas de energia elétrica na faixa de 600 a 5.000 volts, embora transformadores de tensão personalizados também estejam disponíveis. Um tipo de transformador de instrumento, os transformadores de alta tensão são frequentemente usados para medição e proteção em circuitos de alta tensão e em aplicações eletrostáticas industriais e científicas. Como eles têm a capacidade de aumentar a tensão primária para uma tensão muito alta, eles também são chamados de transformadores de potência.

Devido à alta tensão e frequência com que deve lidar, um transformador de alta tensão tem uma geometria de núcleo, técnicas de enrolamento e métodos de isolamento significativamente diferentes dos transformadores comuns. Por exemplo, fatores como as classificações de volts/voltas do fio secundário, dissipação do material isolante e nível corona devem ser cuidadosamente considerados.

Transformadores de Média Tensão

Os transformadores de tensão são usados para medir a tensão em circuitos elétricos. Sua principal função é condicionar (reduzir) a tensão a ser medida a níveis adequados para