Perdas de Energia em Transformadores
Transformadores são componentes passivos essenciais no processo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica em todo o mundo. Eles desempenham um papel vital ao permitir a transferência eficiente de energia elétrica entre circuitos com diferentes níveis de tensão, garantindo a confiabilidade e estabilidade dos sistemas de energia modernos. Neste artigo, exploraremos os princípios por trás dos transformadores, seus diversos tipos e suas aplicações no dia a dia.
Tipos de Perdas em Transformadores
As perdas de energia em transformadores podem ser amplamente classificadas em duas categorias: perdas no núcleo e perdas no cobre (ou enrolamento). Estas perdas resultam em eficiência reduzida e aumento da temperatura operacional, o que pode impactar o desempenho e a vida útil do transformador.
Perdas no Núcleo
As perdas no núcleo, também conhecidas como perdas de ferro ou magnéticas, ocorrem no núcleo magnético do transformador devido aos campos magnéticos alternados. Elas consistem em dois componentes principais:
Perda por Histerese
A perda por histerese é causada pela reversão constante do campo magnético no material do núcleo à medida que a corrente alternada flui através do enrolamento primário. A energia dissipada como calor durante os ciclos de magnetização e desmagnetização do material do núcleo resulta em perda por histerese. Esta perda é proporcional à frequência da alimentação AC e pode ser reduzida usando materiais de núcleo com baixos coeficientes de histerese, como o aço silício.
Perda por Correntes Parasitas
A perda por correntes parasitas é causada pela circulação de correntes induzidas dentro do próprio material do núcleo. Estas correntes geram calor e resultam em perda de energia. As perdas por correntes parasitas são proporcionais ao quadrado da frequência de alimentação e ao quadrado da espessura do núcleo. Para minimizar as perdas por correntes parasitas, os núcleos dos transformadores são laminados com camadas finas e isoladas de material do núcleo, reduzindo a espessura efetiva e, consequentemente, as correntes parasitas.
Perdas no Cobre (Enrolamento)
As perdas no cobre, também conhecidas como perdas de enrolamento ou ôhmicas, ocorrem devido à resistência dos enrolamentos do transformador (primário e secundário). Quando a corrente flui através dos enrolamentos, a resistência gera calor, levando à perda de energia. As perdas no cobre são proporcionais ao quadrado da corrente e podem ser expressas como:
Perda no Enrolamento Primário
Pp = Ip2 * Rp
Perda no Enrolamento Secundário
Ps = Is2 * Rs
Onde Pp e Ps representam as perdas de potência nos enrolamentos primário e secundário, respectivamente; Ip e Is são as correntes nos enrolamentos primário e secundário, respectivamente; e Rp e Rs são as resistências dos enrolamentos primário e secundário, respectivamente. As perdas no cobre podem ser minimizadas usando condutores de maior diâmetro, que têm menor resistência, ou utilizando materiais com melhor condutividade, como cobre ou alumínio de alta pureza.
Além das perdas no núcleo e no cobre, existem outras perdas menores, como perdas de carga dispersa e perdas dielétricas, que também podem contribuir para as perdas totais de energia em transformadores. No entanto, estas perdas são tipicamente menores e menos significativas em comparação com as perdas no núcleo e no cobre.
