Em primeiro lugar, para apresentarmos as características de um transformador trifásico, precisamos compará-lo com o transformador monofásico a fim de marcar as diferenças essenciais entre eles. Desse modo, poderemos explicar tudo com mais clareza.
Transformador monofásico
Em síntese, o transformador monofásico é aquele que, como o nome analogamente sugere, possui apenas uma fase. Desse modo, compõe-se por dois condutores: um é o condutor de fase, enquanto o outro é o neutro. Então, os transformadores monofásicos alimentam-se por uma fase, e, em sua saída, têm igualmente apenas uma fase. O texto O que é um transformador descreve seu funcionamento.
Em algumas regiões do Brasil, a tensão de uma fase é de 220V. Todavia, em outras, é de 110V (que, na realidade, é 127V, mas, por motivos históricos, ainda se identifica como de 110V). Por conseguinte, a tensão do circuito secundário do transformador surgirá da relação de espiras entre os dois enrolamentos. Obviamente, você verá que em um transformador trifásico a relação de transformação não se dá apenas pelo número de espiras. Dessa forma, também se considera o modo como as fases se conectam no primário e no secundário.
O que é o sistema trifásico
Origem
Inventado no fim dos anos 1800 por Galileo Ferraris, Mikhail Dolivo-Dobrovolski e Nikola Tesla, o sistema trifásico é a forma mais comum de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. É interessante notar que, nesse sistema, a corrente alternada gera-se em três ondas senoidais defasadas em 120 graus entre si. Por essa razão, denominou-se o sistema como trifásico.
Vantagens
Certamente, o sistema trifásico tem algumas vantagens em relação ao monofásico. Algumas delas são:
- capacidade de entregar a mesma potência que um sistema monofásico usando condutores de menor seção. Ou seja, apresenta menos cobre ou alumínio nas linhas de transmissão;
- geradores e motores trifásicos são menores e mais leves do que seus equivalentes monofásicos;
- as três fases produzem um campo magnético girante que possibilita aos motores trifásicos partirem sem a necessidade de dispositivos especiais ou enrolamento extra de partida.
Tensão e corrente de linha e de fase no transformador trifásico
Para seguirmos na explicação sobre transformadores trifásicos, é preciso primeiro entender o que significam tensão e corrente de linha e de fase em circuitos trifásicos.
Funcionamento
Em uma conexão estrela (Y), no centro temos o ponto chamado de neutro. No entanto, a tensão de cada enrolamento em relação ao neutro denomina-se tensão de fase.
Contudo, também é possível conectar uma carga entre duas fases em vez de apenas estabelecer uma relação entre uma fase e o neutro. Aliás, ao se fazer isso, a tensão sobre essa carga não será a tensão de fase, mas sim a tensão de linha. Esta, que, pelo fato de as fases estarem defasadas em 120°, corresponderá a √3 vezes a tensão entre uma fase e o neutro. Nas regiões onde uma fase tem 220V, a tensão de linha (ou seja, entre duas fases) será de 380V. Em contrapartida, em regiões onde uma fase tem 127V a tensão de linha será de 220V.
Portanto, em uma conexão estrela, a corrente de linha será igual à corrente de fase. Obviamente, isso ocorre porque a corrente que circula em cada fase é a mesma que sai em cada linha.
Como vimos, em uma conexão delta (∆) não existe o neutro e a tensão de cada enrolamento, ou seja, a tensão de fase, é igual à tensão de linha. Porém, nessa forma de conexão, cada corrente de linha entra e sai de duas fases. Desse modo, ela é √3 vezes a corrente de fase, que é a corrente que passa em cada enrolamento.
Em síntese, transformadores monofásicos possuem potência aparentemente menor quando comparada à dos transformadores trifásicos. Por conseguinte, quando são necessárias maiores potências, utilizam-se esses transformadores.
Construção
Os transformadores trifásicos podem ter sua construção de duas formas diferentes com relação ao núcleo: banco trifásico e núcleo trifásico. O banco trifásico dispõe-se como três transformadores monofásicos. Porém, essa construção, embora facilite a manutenção e a substituição dos transformadores, é mais cara. Em contrapartida, no núcleo trifásico, as três fases enrolam-se em um mesmo núcleo. Consequentemente, como há menor necessidade de material ferromagnético, o transformador torna-se menor e mais barato. Por outro lado, a manutenção é menos flexível se comparada à do banco trifásico. Por isso, é extremamente necessário que somente especialistas a realizem.
Tipos de ligação do transformador trifásico, vantagens e desvantagens
Em primeiro lugar, este equipamento compõe-se de três enrolamentos no primário e três enrolamentos no secundário. Por consequência, eles podem ter conexão em estrela ( Y ) ou delta ( ∆ ). Enquanto isso, os enrolamentos do primário podem se ligar de uma forma e os do secundário de outra, resultando em quatro combinações possíveis: Y – Y, ∆ – ∆, Y – ∆ e ∆ – Y. Cada combinação possui vantagens e desvantagens que definem em qual aplicação cada uma delas poderá ter uso.
Transformador trifásico com ligação Estrela – Estrela ( Y – Y )
Vantagens dessa conexão:
- altas tensões e pequenas potências geram mais economia;
- disponibilidade de ambos os neutros para aterramento ou, então, para suprir uma alimentação equilibrada a quatro fios;
- como a tensão sobre cada enrolamento é √3 vezes menor que a tensão de linha, o número de espiras necessário é menor e fornece dois níveis de tensão: fase-neutro e fase-fase.
Desvantagens:
- a falta de uma fase torna o transformador incapaz de fornecer alimentação trifásica;
- o custo de construção é mais alto à medida que a capacidade necessária de corrente de linha se torna muito grande.
Transformador trifásico com ligação Delta – Delta ( ∆ – ∆ )
Vantagens dessa conexão:
- se faltar uma fase em qualquer um dos lados, as duas fases restantes poderão operar em delta aberto. Consequentemente, isso proporcionará uma saída trifásica √3 vezes menor;
- trata-se da combinação mais econômica para transformadores de baixa tensão e de altas correntes;
- as correntes de 3° harmônico eliminam-se totalmente pela circulação de correntes no delta.
Desvantagens:
- não há neutro disponível. Por consequência, só há tensão fase-fase;
- para tensões de linha mais alta, a construção das bobinas se torna mais difícil e mais cara.
Transformador trifásico com ligação Estrela – Delta ( Y – ∆ )
Vantagens dessa conexão:
- eliminam-se as correntes de 3° harmônico pela circulação de correntes no secundário em delta;
- melhor combinação para transformadores abaixadores, já que a conexão estrela se adapta a altas tensões, enquanto a delta ajusta-se a altas correntes.
Desvantagens:
- não existe neutro no secundário;
- a falta de uma fase torna o transformador inoperante.
Transformador trifásico com ligação Delta – Estrela ( ∆ –Y )
Vantagens dessa conexão:
- a circulação de correntes no secundário em delta elimina correntes de 3° harmônico;
- o secundário apresenta um neutro;
- cargas equilibradas e desequilibradas alimentam-se simultaneamente; • tem alta utilização em transformadores elevadores de tensão para linhas de transmissão.
Desvantagem:
- a falta de uma fase leva à inoperância do transformador.
Concluindo, essas são as principais características de um transformador trifásico. Como, em aplicações de maiores potências, o transformador monofásico torna-se inviável, utiliza-se o trifásico em larga escala nesses casos.
