Transformador em Condição de Carga

Campo: Interruptor de energia

China

Operação do Transformador sob Condições de Carga

Quando um transformador está sob carga, sua bobina secundária se conecta a uma carga, que pode ser resistiva, indutiva ou capacitiva. Uma corrente $I 2$ flui através da bobina secundária, com sua magnitude determinada pela tensão terminal $V 2$ e impedância da carga. O ângulo de fase entre a corrente secundária e a tensão depende das características da carga.

Explicação da Operação do Transformador sob Carga

O comportamento operacional de um transformador sob carga é detalhado a seguir:

Quando a secundária do transformador está em curto-circuito aberto, ele retira uma corrente sem carga da alimentação principal. Esta corrente sem carga induz uma força eletromotriz $N 0 I 0$ , que estabelece um fluxo Φ no núcleo do transformador. A configuração do circuito do transformador sob condições sem carga é ilustrada no diagrama abaixo:

Interação da Corrente de Carga do Transformador

Quando uma carga se conecta à secundária do transformador, a corrente $I 2$ flui através da bobina secundária, induzindo uma força eletromotriz (FEM) $N 2 I 2$ . Esta FEM gera um fluxo ϕ2 no núcleo, que se opõe ao fluxo original ϕ de acordo com a lei de Lenz.

Diferença de Fase e Fator de Potência no Transformador

A diferença de fase entre $V1$ e $I1$ define o ângulo do fator de potência ϕ1 no lado primário do transformador. O fator de potência do lado secundário depende do tipo de carga conectada ao transformador:

Para uma carga indutiva (como mostrado no diagrama fasorial acima), o fator de potência é atrasado.
Para uma carga capacitiva, o fator de potência é avançado.

A corrente primária total $I1$ é a soma vetorial da corrente sem carga $I0$ e da corrente de compensação $I'1$ , isto é,

Diagrama Fasorial do Transformador com Carga Indutiva

O diagrama fasorial de um transformador real sob carga indutiva é ilustrado abaixo:

Etapas para Construir o Diagrama Fasorial

Tome o fluxo Φ como referência.
As forças eletromotrizes induzidas $E 1$ e $E 2$ atrasam o fluxo por 90°.
O componente de tensão aplicada primária que equilibra $E 1$ é denotado como $V' 1$ (isto é, $V'1 = -E1)$ .
A corrente sem carga $I0$ atrasa $V' 1$ por 90°.
Para uma carga com fator de potência atrasado, a corrente $I 2$ atrasa $E 2$ por um ângulo ϕ_2.
A resistência da bobina e a reatância de fuga causam quedas de tensão, fazendo com que a tensão terminal secundária seja: $V 2 = E 2 − (quedas de tensão)$

$I 2 R$ ₂ está em fase com $I 2$ .
$I 2 X 2$ é ortogonal a $I 2$ .

A corrente primária $I 1$ é a soma fasorial de $I' 1$ e $I0$ , onde $I' 1 = -I 2$ .
Tensão aplicada primária: $V1 = V'1 + (quedas de tensão primária)$

$I 1 R 1$ está em fase com $I 1$ .
$I 1 X 1$ é ortogonal a $I 1$ .

A diferença de fase entre $V 1$ e $I 1$ define o ângulo do fator de potência primário ϕ1.
Fator de potência secundário:

Atrasado para cargas indutivas (como no diagrama fasorial).
Avançado para cargas capacitivas.

Etapas para Desenhar o Diagrama Fasorial para Carga Capacitiva

Tome o fluxo Φ como referência.
As forças eletromotrizes induzidas $E 1$ e $E 2$ atrasam o fluxo por 90°.
O componente de tensão aplicada primária que equilibra $E 1$ é denotado como $V' 1$ (isto é, $V' 1 = -E 1$ ).
A corrente sem carga $I 0$ atrasa $V' 1$ por 90°.
Para uma carga com fator de potência avançado, a corrente $I 2$ antecipa $E 2$ por um ângulo ϕ_$2$.
A resistência da bobina e a reatância de fuga causam quedas de tensão, fazendo com que a tensão terminal secundária seja: $V 2 = E 2 − (quedas de tensão)$

$I 2 R 2$ está em fase com $I 2$ .
$I 2 X 2$ é ortogonal a $I 2$ .

Corrente de compensação $I' 1 = -I 2$ (igual em magnitude, oposta em fase a $I 2$ ).
A corrente primária $I 1$ é a soma fasorial de $I' 1$ e $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Tensão aplicada primária $V 1$ é a soma fasorial de $V' 1$ e quedas de tensão primárias: $V 1 = V' 1 +(quedas de tensão primárias)$

$I 1 R 1$ está em fase com $I 1$ .
$I 1 X 1$ é ortogonal a $I 1$ .

Ângulos do fator de potência:

A diferença de fase entre $V 1$ e $I 1$ define o ângulo do fator de potência primário ϕ_$1$.
O fator de potência secundário (avançado para cargas capacitivas) depende inteiramente do tipo de carga conectada.