No mundo dos transformadores, existem vários tipos e funções, mas para os não profissionais, muitas vezes é difícil distinguir os limites entretransformadores de potência, transformadores de distribuição, transformadores de isolamento, transformadores retificadores, etransformadores especiais. Esses nomes às vezes se sobrepõem e às vezes apontam para áreas técnicas completamente diferentes. Uma vez que haja um desvio na seleção, isso pode aumentar os custos de investimento desnecessários e, em casos graves, afetar a segurança do fornecimento de energia e a estabilidade do sistema. Então, quais são as principais diferenças entre esses cinco tipos de transformadores? Quais são seus respectivos pontos fortes e fracos? A quais cenários de aplicação específicos eles são aplicáveis?
Comecemos pelos dois conceitos mais básicos: transformadores de potência e transformadores de distribuição. Muitas pessoas confundem os dois, mas realizam missões diferentes no sistema de energia. Os transformadores de potência geralmente se referem a grandes equipamentos usados em links de transmissão ou subestações regionais para conectar dois níveis de tensão diferentes de redes elétricas, como aumentar a tensão de 20 kV na saída do gerador para 500 kV e enviá-la para linhas de ultra{4}}alta tensão ou reduzir 220 kV para 110 kV para uso em redes elétricas secundárias. A capacidade de tais transformadores é geralmente grande, variando de vários megavolt amperes a mais de um gigavolt amperes, com níveis de tensão de 110 kV, 220 kV, 500 kV e até mais altos. Eles têm requisitos extremamente rigorosos quanto à resistência do isolamento, impedância de-curto-circuito e nível de perda. A vantagem dos transformadores de potência é que eles podem completar a transmissão de energia elétrica de grande capacidade através dos níveis de tensão com perda e queda de tensão mínimas, e são o equipamento de espinha dorsal do sistema de energia; Suas desvantagens são tamanho grande, alto custo, longo ciclo de instalação e geralmente requerem instalações especializadas de transformação de energia externa. Os transformadores de distribuição operam na extremidade da rede de distribuição, voltados diretamente para os usuários finais. Sua principal função é reduzir a média tensão de 10 kV ou 20 kV para baixa tensão de 400 V, fornecendo energia para fábricas, shopping centers, áreas residenciais ou redes elétricas rurais. A capacidade dos transformadores de distribuição é geralmente pequena, variando de 30 kVA a 2.500 kVA, com níveis de tensão em sua maioria abaixo de 35 kV. Suas vantagens estão na grande quantidade, ampla distribuição, estrutura relativamente simples e facilidade de instalação em coluna ou caixa, que pode ser disposta próxima ao centro de carga; A desvantagem é que o nível de eficiência energética é desigual, e os primeiros modelos ineficientes (como S9 e anteriores) ainda operam em grandes quantidades, resultando em perdas consideráveis-sem carga. Em suma, os transformadores de potência são responsáveis pela transmissão e conversão da energia elétrica na “rede backbone”, enquanto os transformadores de distribuição são responsáveis pelo fornecimento de energia doméstica dos “capilares”.
Os transformadores de isolamento seguiram um caminho tecnológico completamente diferente. O objetivo principal não é alterar a tensão -; a relação de transformação dos transformadores de isolamento padrão é geralmente 1:1, o que significa que as tensões de entrada e saída são as mesmas. Então, qual é o significado de sua existência? A resposta é isolamento elétrico e proteção de segurança. Não há conexão de circuito direto entre os enrolamentos primário e secundário do transformador de isolamento, apenas a energia é transmitida através de acoplamento magnético, e o lado secundário é suspenso sem aterramento, de modo que qualquer pessoa que entre em contato com qualquer fio apenas no lado secundário não formará um loop de corrente com o terra, eliminando completamente o risco de contato elétrico. Além disso, a camada de proteção de aterramento adicionada entre o primário e o secundário pode suprimir efetivamente a interferência de modo comum, o ruído de alta-frequência e o impacto de surtos na rede elétrica, proporcionando um ambiente de energia limpa para equipamentos de precisão. As vantagens dos transformadores de isolamento refletem-se principalmente na segurança e na compatibilidade eletromagnética, especialmente adequados para salas cirúrgicas médicas (formando sistemas médicos de TI), data centers, laboratórios e gabinetes de controle de automação industrial. Sua desvantagem reside no aumento da perda de energia (cerca de 1-3%) e nos custos dos equipamentos, e sua eficiência econômica para aplicações de grande capacidade não é tão boa quanto a dos transformadores comuns. A faixa de capacidade dos transformadores de isolamento é ampla, variando de pequenos transformadores de controle com dezenas de volt-amperes até transformadores de isolamento industriais com centenas de quilovolts-amperes, mas geralmente não é recomendado para isolamento de segurança puro em aplicações de alta potência.
Um transformador retificador é um equipamento especializado projetado especificamente para sistemas de fonte de alimentação CC. A rede elétrica CA transmite energia CA de onda senoidal, enquanto campos como eletrólise eletroquímica, trânsito ferroviário urbano, regulação de velocidade do motor CC e transmissão CC de alta-tensão exigem uma fonte de energia CC estável, que deve ser convertida por um transformador retificador e um dispositivo retificador em coordenação. A tarefa de um transformador retificador não é apenas converter a tensão CA no valor necessário para o retificador, mas, mais importante ainda, gerar múltiplas tensões secundárias com diferentes fases por meio do projeto de enrolamento de mudança de fase e formar saídas CC multipulsos (como 12 pulsos, 24 pulsos e até 60 pulsos) por meio de uma ponte retificadora. O benefício direto deste projeto é uma redução significativa nas correntes harmônicas injetadas na rede e uma melhoria no fator de potência do sistema. A vantagem dos transformadores retificadores reside em sua capacidade de fornecer soluções de fornecimento de energia eficientes e controláveis para cargas CC de alta-potência, ao mesmo tempo em que considera o gerenciamento da qualidade da energia; Suas desvantagens são a estrutura complexa, o longo ciclo de fabricação e o custo significativamente mais alto do enrolamento de mudança de fase e do sistema de retificação de múltiplos pulsos em comparação com transformadores comuns. Em cenários aplicáveis, eletrólise de alumínio, indústria química de cloro e álcalis, tração ferroviária, transmissão de laminação de aço e estações conversoras HVDC são áreas de aplicação típicas de transformadores retificadores.
Os transformadores especiais são um conceito altamente geral que se refere a vários tipos de transformadores projetados para ambientes industriais específicos ou funções especiais, além dos tipos convencionais mencionados acima. Inclui, mas não está limitado a: transformador de forno elétrico - fornecendo fonte de alimentação de tensão extremamente baixa (dezenas a centenas de volts) e corrente extremamente alta (dezenas de milhares de amperes) para fornos elétricos a arco e fornos a arco submerso, e capaz de regulação de tensão em carga em uma ampla faixa para atender aos diferentes requisitos de carga de vários estágios de fundição; Transformador de teste - usado para testes de isolamento e resistência de tensão de equipamentos elétricos de alta-tensão, com níveis de tensão de até vários quilovolts e capacidades relativamente pequenas, geralmente aparecendo em estruturas imersas em óleo ou infláveis; O transformador de tração - converte a rede elétrica trifásica-em energia monofásica-adequada para rede de contato ferroviário eletrificada, usando métodos de conexão especiais como Scott e Vv para equilibrar cargas-trifásicas; Transformador à prova de explosão de mineração-- especialmente projetado para ambientes explosivos, como minas subterrâneas de carvão, o invólucro pode suportar explosões internas sem danos e sem inflamar gases externos, com um nível de segurança muito alto. A vantagem dos transformadores especiais reside na sua adaptabilidade funcional insubstituível, que pode suportar condições extremas de trabalho onde os transformadores comuns não conseguem funcionar; A desvantagem é que os custos de projeto e fabricação são altos, o nível de padronização é baixo e a maioria deles é produzida em lotes únicos ou pequenos, o que exige do fabricante um acúmulo técnico e experiência de engenharia extremamente elevados.
Depois de classificar as características desses cinco tipos de transformadores, podemos esclarecer melhor suas relações e limites de inclusão. Os transformadores de potência e os transformadores de distribuição são classificados do ponto de vista da estrutura da rede elétrica e ambos pertencem à ampla categoria de transformadores de potência; Transformadores de isolamento, transformadores retificadores e vários transformadores especiais se cruzam com os primeiros em termos de funcionalidade ou áreas de aplicação - por exemplo, um transformador retificador também pode ser um transformador de potência se for usado em uma subestação para fornecer energia retificadora para transmissão CC; Um transformador de isolamento também pode ser um transformador de distribuição se também servir à função de isolamento no circuito de distribuição. Porém, do ponto de vista típico do projeto, cada categoria tem seu cenário preferido que não pode ser confundido: quando é necessária a construção de uma rede de transmissão ou subestação regional, os transformadores de potência devem ter prioridade; Quando é necessário fornecer energia a áreas residenciais ou pequenos utilizadores industriais, os transformadores de distribuição são a escolha mais económica; Quando confrontados com requisitos rígidos de segurança e anti{3}}interferência em áreas internas densamente povoadas ou equipamentos de precisão, os transformadores de isolamento são uma configuração indispensável; Quando um projeto requer milhares de amperes ou corrente contínua ainda maior, os transformadores retificadores são o único caminho técnico viável; Ao encontrar condições especiais de trabalho, como fundição, testes, tração ou prevenção de explosão de minas, transformadores especiais devem ser procurados para obter assistência.
Como funcionários de comércio exterior de empresas de fabricação de transformadores, ao enfrentar diferentes requisitos de projeto de clientes estrangeiros, eles devem primeiro ajudar os clientes a esclarecer o nível do sistema de fornecimento de energia (rede de transmissão, rede de distribuição, usuários finais), características de carga (CA ou CC, estado estacionário ou impacto, se contém componentes não lineares), sensibilidade à segurança e ao ambiente eletromagnético, e se há condições especiais, como explosão, alta temperatura e poeira no-ambiente local. Somente esclarecendo essas questões uma a uma podemos selecionar o produto que realmente atende aos requisitos do projeto entre os cinco tipos de transformadores de potência, distribuição, isolação, retificação e especiais. Olhando para todo o mercado de equipamentos de energia, não há transformador que possa dominar o mundo - é justamente por causa desses designs diferenciados que a vasta rede elétrica da sociedade moderna pode operar de forma segura, eficiente e estável.
