O que é um enrolamento de transformador: Conceção e classificação dos enrolamentos

O enrolamento do transformador é a parte essencial do dispositivo através do qual a corrente eléctrica flui, criando o campo magnético necessário para a transformação de energia. É constituído por muitas voltas, que podem ser feitas de fio de cobre ou de alumínio. O enrolamento é o elemento principal através do qual a energia é transferida de uma bobina para outra, criando uma tensão eléctrica no circuito correspondente. Um transformador pode ter vários enrolamentos: primário (entrada) e secundário (saída), que estão dispostos num núcleo magnético. Os enrolamentos fornecem a variação de tensão e corrente necessárias para o funcionamento eficiente dos sistemas eléctricos.

Conceção do enrolamento do transformador

A conceção do enrolamento do transformador envolve vários aspectos importantes, como a disposição dos condutores, o número de voltas, o método de colocação e o tipo de isolamento. O primeiro passo é selecionar o condutor, que pode ser redondo ou plano, dependendo da conceção do transformador. O enrolamento deve ser concebido para maximizar o arrefecimento, a estabilidade e a fiabilidade.

As principais caraterísticas do enrolamento:

  • Número de voltas: determina a tensão a ser induzida no enrolamento.
  • Tipo de condutor: pode ser de cobre ou de alumínio, o que afecta a condutividade e o custo.
  • Método de enrolamento: O enrolamento pode ser feito em várias camadas ou em camadas simples, consoante o tipo de transformador e a sua capacidade.
  • Isolamento: é utilizado para evitar curto-circuitos entre as bobinas e para garantir a segurança.

O enrolamento do transformador também deve ser concebido para minimizar as perdas de energia e otimizar os processos de arrefecimento. É importante ter em conta a resistência mecânica dos materiais para que possam suportar diferentes cargas e evitar danos durante o funcionamento do dispositivo.

Diagrama de enrolamento do transformador: conceção e classificação dos enrolamentos
 

Classificação dos enrolamentos de transformadores

Existem vários tipos de enrolamentos, que são classificados de acordo com a sua conceção e finalidade:

  1. Enrolamento cilíndrico de uma e várias camadas

    • Benefícios: Fácil de fabricar e boa dissipação de calor.
    • Desvantagens: Baixa resistência mecânica.
  2. Enrolamento cilíndrico multicamadas com fio plano

    • Benefícios: Processo de produção fácil, boa capacidade de enchimento do núcleo magnético.
    • Desvantagens: Área de dissipação de calor reduzida em comparação com os enrolamentos com canais de arrefecimento radiais.
  3. Enrolamento cilíndrico multicamada com fio redondo

    • Benefícios: Facilidade de produção.
    • Desvantagens: A resistência mecânica deteriora-se com o aumento da potência e as propriedades de transferência de calor são reduzidas.
  4. Enrolamentos de fio plano (dois fios e multi-fios)

    • Benefícios: Elevada resistência mecânica, bom arrefecimento e isolamento fiável.
    • Desvantagens: Custo mais elevado em comparação com os enrolamentos cilíndricos.
  5. Enrolamento contínuo com fio plano

    • Benefícios: Elevada resistência mecânica e eléctrica, boa transferência de calor.
    • Desvantagens: Necessita de ser reajustado quando se enrola meia bobina.
  6. Enrolamentos com folha de alumínio

    • Benefícios: Bom enchimento do núcleo magnético, elevada resistência mecânica.
    • Desvantagens: Processo de fabrico complexo para enrolamentos de alta tensão.

Assim, a escolha do tipo de enrolamento depende de muitos factores, incluindo os requisitos de potência do transformador, o tipo de arrefecimento, a utilização prevista e o custo.

Enrolamentos de transformadores de um fabricante líder: conceção e caraterísticas

Diferentes tipos de transformadores e respectivos enrolamentos na Rússia

Dependendo da sua finalidade e aplicação, os transformadores podem utilizar diferentes modelos de enrolamento que são optimizados para condições de funcionamento específicas. Na Rússia, são fabricados vários tipos de transformadores, cada um com requisitos de enrolamento únicos, dependendo da sua finalidade, capacidade e classe de tensão. Vejamos vários tipos de transformadores e os seus enrolamentos correspondentes:

1. Transformadores de potência (baixa, média e alta tensão)

Transformadores de potência são amplamente utilizados em sistemas de energia para converter alta tensão em baixa tensão e vice-versa. Estes transformadores são caracterizados por enrolamentos que podem ser feitos com condutores planos ou condutores redondos, dependendo do tipo de transformador.

  • Bobinas para transformadores de potência: enrolamentos cilíndricos multicamadas com fio plano ou redondo. Devem ter boas propriedades de permuta de calor, elevada resistência mecânica e um isolamento fiável.

  • Capacidades e tensõesDe 10 kVA a 500 MVA, com tensões de funcionamento de 6 kV a 220 kV.

2. Transformadores de distribuição

Transformadores de distribuição são utilizados para transmitir e distribuir eletricidade em complexos industriais e residenciais. Estes dispositivos funcionam geralmente a tensões mais baixas e têm uma capacidade inferior à dos transformadores de potência.

  • Enrolamentos para transformadores de distribuiçãoTransformadores de corrente contínua: enrolamentos cilíndricos de uma ou várias camadas com fio plano. Estes transformadores também utilizam enrolamentos planos com condutores rectos, que ajudam a arrefecer a unidade de forma eficiente.

  • Capacidades e tensõesde 10 a 1600 kVA, com tensões de funcionamento de 6 (10) kV a 35 kV.

3. Transformadores para caminhos-de-ferro (transformadores ferroviários)

Os transformadores ferroviários são essenciais para a alimentação das linhas e subestações ferroviárias. Devem ser altamente fiáveis e resistentes a influências externas.

  • Bobinas para transformadores ferroviários: em regra, são utilizados enrolamentos multicamadas com fios planos e um elevado nível de resistência mecânica, uma vez que funcionam em condições extremas.

  • Capacidades e tensõesDe 25 kVA a 1000 kVA, com tensões de funcionamento até 35 kV.

4. Transformadores para fins especiais (por exemplo, projectos solares e piscícolas)

Estes transformadores são utilizados em projectos específicos, como centrais solares e projectos de integração de painéis solares na aquicultura (por exemplo, para o fornecimento sustentável de eletricidade).

  • Enrolamentos para transformadores especializados: podem ser fabricados utilizando enrolamentos cilíndricos multicamadas com folha de alumínio para melhorar a transferência de calor e a resistência mecânica.

  • Capacidades e tensõesOs valores de potência: variam consoante a aplicação e podem ir de 10 kVA a 5000 kVA, com tensões de funcionamento de 6 kV a 220 kV.

5. Transformadores para linhas de alta tensão e subestações

Transformadores de alta tensãoque são utilizadas para a transmissão e distribuição de energia eléctrica a longas distâncias, requerem desenhos de enrolamentos muito precisos e fiáveis para funcionarem a altas tensões.

  • Bobinas para transformadores de alta tensãoenrolamentos cilíndricos multicamadas com folhas, que permitem um bom enchimento do núcleo magnético e uma maior resistência mecânica.

  • Capacidades e tensõesde 100 kVA a 5000 kVA, com tensões de funcionamento de 110 kV a 220 kV.

Conclusão

Na Rússia, são utilizados muitos tipos diferentes de transformadores, cada um deles exigindo uma conceção específica de enrolamento, dependendo das condições de funcionamento e da finalidade. Os enrolamentos utilizados podem ser feitos com diferentes condutores, como fios de cobre e alumínio, e podem ser feitos em configurações de camada única ou multicamadas. Também é importante considerar as propriedades mecânicas e eléctricas dos enrolamentos para garantir a fiabilidade e a durabilidade do transformador em diferentes condições.