Transformadores - Perdas no cobre e no ferro

Transformadores - Perdas no cobre e no ferro

Clube da eletrônica Máquinas elétricas

Perdas no cobre e no ferro dos transformadores – Autor: Clodoaldo Silva - Versão: Ago2011. 1

Perdas no cobre e no ferro

Os transformadores em geral apresentam perdas de potência quando estão em funcionamento, estas perdas são no cobre e no ferro.

Perdas no cobre As perdas no cobre ocorrem devido ao aquecimento das bobinas, onde parte da energia será dissipada na forma de calor. Uma das formas de reduzir as perdas no cobre é usando ventiladores que forçam a circulação de ar.

Perdas no ferro As perdas no ferro ocorrem devido a histerese magnética e correntes parasitas no ferro. Para atenuar o efeito das correntes parasitas os núcleos dos transformadores são formados por lâmina de ferro. As lâminas interrompem as correntes parasitas, pois são isoladas entre si.

A histerese magnética é um fenômeno típico de materiais ferromagnéticos e significa atraso ou retardo. Esse fenômeno ocorre porque materiais ferromagnéticos se magnetizam rapidamente quando sofrem influência do campo magnético, porém, não desmagnetizam tão rapidamente quando o campo é retirado. Assim, existe um atraso entre o magnetizar e o desmagnetizar, este atraso é a histerese que resulta em perdas energia.

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Encontrando as perdas no cobre As perdas no cobre dos transformadores podem ser encontradas através de ensaio. Este ensaio necessita alguns cuidados, pois o secundário do transformador é colocado em curto circuito. Um varivolt inicialmente zerado deverá elevar a tensão do primário até que a corrente do secundário chegue ao seu valor nominal, um amperímetro deverá monitorar esta corrente.

As perdas de potência no cobre será o produto entre a tensão (V1) e a corrente (I1) do medido no primário do transformador. A corrente no primário é baixa, portanto, se estiver usando um alicate amperímetro será necessário improvisar um transformador de corrente.

O valor da corrente medida pelo amperímetro será I vezes no número de espiras usado, por exemplo, se foram dadas 5 voltas e a corrente medida foi de 1A então a corrente real será 1A÷5 = 200mA

Com o mesmo ensaio podemos encontrar a tensão de curto circuito a impedância percentual e a corrente de curto circuito. Tensão de curto circuito (Vcc ou UK) A tensão de curto circuito é a tensão no enrolamento primário capaz de fazer circular no secundário em curto a corrente nominal. Exemplo: Tensão nominal no primário = 500V Corrente nominal no secundário = 20A

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Medindo a tensão no primário com o secundário em curto, temos 30V que é a tensão de curto circuito.

Impedância percentual (Z%) Uma vez medido a tensão de curto circuito podemos calcular a impedância percentual do transformador utilizando a seguinte expressão:

Z = (Vcurto-circuito)÷Vnominal)

Z = (30V÷500V)

Z = 0,06 Ω Z = 6% (Para obter o resultado em percentual multiplicamos por 100)

Este valor costuma variar entre 3 e 9% e deve ser impresso na plaqueta dos transformadores.

Corrente de curto circuito (Icc) O valor da impedância percentual é utilizado para cálculo da corrente de curto circuito e dimensionamento de dispositivos de proteção do equipamento.

Icc = I2nominal ÷ Z Icc = I2nominal ÷ Z

Icc = 20A ÷ 0,06 Icc = 3,33A

Encontrando as perdas no ferro através de ensaios As perdas no ferro dos transformadores também são encontradas através de ensaio, porém, agora o secundário fica aberto. Este não requer muitos cuidados, basta ligar o primário com a tensão nominal e medir a corrente no primário.

O produto tensão-corrente no primário com o secundário aberto será a potência perdida no ferro.

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Fator de potência dos transformadores (cosϕ)

Com este mesmo ensaio podemos encontrar o fator de potência (cosϕ) do transformador, que é muito importante para dimensionamento de bancos de capacitores. A equação para calcular o fator de potência é:

Rendimento dos transformadores

As perdas no cobre e no ferro influenciam diretamente no rendimento (η) do transformador, esse rendimento é a relação entre a potência de saída e a potencia de entrada.

O rendimento pode se calculado pela seguinte expressão:

Exemplo: Um transformador alimenta uma carga resistiva de 10Ω. A corrente medida no primário é de 1,1A e do secundário 1A. Sabendo-se que a tensão do primário é 100V e a relação de espiras é de 10:1. Qual o rendimento deste transformador.

Solução:

P1= V1.I1 P1= 100V.1,1A P1 = 110W

P2= V2.I2 P2= 10V.1A P2 = 100W η = P2÷P1 η = 100W÷110W η = 0,91

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Isto significa que somente 91% da potência de entrada é realmente utilizada, enquanto que 9% é perdida, lembre-se que você paga pela potência consumida (entrada) e não pela potência fornecida (saída).

Sabendo-se que a potência de entrada é igual a potência de saída + a potência perdida no cobre + a potência perdida no ferro, podemos formar uma equação mais completa para cálculo do rendimento:

“O homem superior atribui a culpa a si próprio; o homem comum aos outros.” Confúcio

Clodoaldo Silva w.clubedaeletronica.com.br

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