Os transformadores com grupos de ligação D/Y (Delta-Estrela) são amplamente utilizados em sistemas de energia elétrica para as seguintes aplicações: 1. **Redução de harmônicos**: A conexão em delta no lado primário ajuda a eliminar harmônicos de terceira ordem e seus múltiplos, melhorando a qualidade da energia. 2. **Aterramento do neutro**: A conexão em estrela no lado secundário permite o aterramento do neutro, essencial para sistemas de distribuição de baixa tensão e proteção contra sobretensões. 3. **Transformação de tensão**: São usados para elevar ou reduzir tensões entre sistemas de alta e baixa tensão, como em subestações de distribuição. 4. **Isolamento elétrico**: Proporcionam isolamento galvânico entre os circuitos primário e secundário, aumentando a segurança. 5. **Balanceamento de cargas**: A configuração estrela no secundário facilita o fornecimento de cargas monofásicas e trifásicas balanceadas. 6. **Aplicações industriais**: Comuns em indústrias que necessitam de neutro aterrado para equipamentos sensíveis ou motores de grande porte. 7. **Sistemas de transmissão**: Usados em linhas de transmissão para reduzir correntes de curto-circuito e melhorar a estabilidade do sistema. Esses transformadores são essenciais para garantir eficiência, segurança e compatibilidade entre diferentes níveis de tensão e tipos de carga.

Em um transformador trifásico, um dos lados do enrolamento primário ou secundário é sempre conectado em configuração delta. Isso visa evitar a presença de componentes harmônicas de terceira ordem no fluxo magnético principal, reduzindo assim as correntes parasitas e o aquecimento localizado, além de melhorar a eficiência e a confiabilidade do transformador. Para compreender o princípio, precisamos primeiro entender os fundamentos dos transformadores trifásicos.

1. Existem dois tipos de transformadores trifásicos:

Um é o transformador trifásico do tipo grupo (Figura 1):

O outro é o transformador trifásico do tipo núcleo (Figura 2):

Um transformador trifásico do tipo grupo é composto por três transformadores monofásicos conectados por enrolamentos para formar um transformador trifásico. Sua característica é que os circuitos eletromagnéticos trifásicos são independentes, e o fluxo harmônico de terceira ordem pode circular. Transformadores trifásicos de grande porte raramente utilizam esse tipo de transformador de grupo, portanto, não será discutido adiante.

Transformadores de potência de grande porte são geralmente transformadores trifásicos do tipo núcleo. Sua característica é que os circuitos magnéticos trifásicos são interconectados. Para o circuito magnético de um núcleo de três colunas, não há um caminho direto para o fluxo harmônico de terceira ordem. Portanto, o fluxo harmônico de terceira ordem só pode formar um circuito através do circuito magnético de dispersão, como a carcaça do transformador. A carcaça do transformador é geralmente feita de chapas de aço, e a presença do fluxo harmônico de terceira ordem causará aquecimento severo.

O caminho do circuito magnético harmônico de terceira ordem em um transformador trifásico do tipo núcleo (Figura 3)

2. Formas de onda da tensão (potencial), corrente de excitação e fluxo magnético sob diferentes estruturas de circuito magnético e circuito elétrico.

2.1 Uma corrente de excitação senoidal gera um fluxo magnético com topo achatado (Figura 4).

Quando o núcleo está saturado: quando o fluxo magnético é uma onda de topo achatado, a corrente de magnetização é uma onda senoidal.

2.2 Uma corrente de excitação com pico agudo gera um fluxo magnético senoidal (Figura 5).

Forma de onda da corrente de excitação a vazio.

2.3 Tanto as ondas de topo achatado quanto as de pico agudo podem ser decompostas na fundamental e na harmônica de terceira ordem (Figura 6).

Forma de onda da força eletromotriz a vazio de um transformador trifásico. Quando o circuito magnético está saturado, para obter um fluxo magnético senoidal, a corrente de excitação deve ser uma onda de pico agudo.

Quando o circuito magnético está saturado, se a corrente de excitação for uma onda senoidal, o fluxo magnético principal é uma onda de topo achatado.

3. Tendo compreendido o conhecimento básico acima, prosseguiremos com a análise. Se ambos os lados primário e secundário estiverem conectados em Y, não há caminho para a harmônica de terceira ordem da corrente. Portanto, em uma conexão Y/Y, a corrente de excitação só pode ser uma corrente senoidal. Essa corrente de excitação senoidal só pode gerar um fluxo magnético de topo achatado, que pode ser decomposto em um fluxo fundamental e um fluxo harmônico de terceira ordem.

Esses fluxos harmônicos de terceira ordem no campo magnético principal são iguais em magnitude e fase. Eles não podem se fechar através do núcleo e só podem formar circuitos no circuito magnético de dispersão, como no óleo, nas paredes do tanque e na culatra, gerando correntes parasitas, causando aquecimento localizado e reduzindo a eficiência do transformador.

Portanto, transformadores trifásicos de grande capacidade e alta tensão não são adequados para conexões Y/Y.

Em contraste, quando os enrolamentos são conectados em configuração delta/Y ou Y/Δ, um caminho de circuito é fornecido para a componente harmônica de terceira ordem da corrente de excitação na conexão delta no lado primário ou secundário. Portanto, a corrente de excitação no enrolamento conectado em delta é uma onda de pico agudo. A corrente de pico agudo mantém o fluxo magnético principal senoidal, sem componente harmônico de terceira ordem.

Especialmente quando os enrolamentos são conectados em uma configuração Y/Δ, embora a harmônica de terceira ordem na corrente de excitação do lado primário não possa passar, uma corrente circulante harmônica de terceira ordem é gerada na conexão delta do lado secundário. Essa corrente circulante, juntamente com a corrente de excitação senoidal no lado primário, garante que o fluxo magnético principal seja senoidal, evitando assim o aquecimento localizado causado pelas correntes parasitas harmônicas de terceira ordem.

Em resumo, os enrolamentos primários ou secundários de um transformador trifásico são conectados em configuração delta para garantir que o fluxo magnético principal seja o mais próximo possível de uma onda senoidal, evitando correntes parasitas e problemas de aquecimento causados por harmônicas de terceira ordem, melhorando assim a eficiência operacional e a confiabilidade do transformador.