Quais são as vantagens e desvantagens do uso de material ferromagnético em transformadores?

Vantagens

• Alta permeabilidade magnética: Os materiais ferromagnéticos têm alta permeabilidade magnética, o que significa que podem gerar uma grande intensidade de indução magnética sob uma força de campo magnético relativamente pequena. Em um transformador, o uso de materiais ferromagnéticos para o núcleo permite que a maior parte do campo magnético gerado pelas bobinas seja concentrada dentro do núcleo, aumentando o efeito de acoplamento do campo magnético. Isso, por sua vez, melhora a eficiência de conversão eletromagnética do transformador, permitindo que ele transfira e transforme energia elétrica de forma mais eficaz.

• Baixa perda por histerese: A histerese refere-se ao fenômeno em que a mudança na intensidade de indução magnética fica atrasada em relação à mudança na força de campo magnético em um material magnético sob um campo magnético alternado, resultando em perda de energia. Materiais ferromagnéticos como folhas de aço silício têm uma área de loop de histerese relativamente pequena. Isso indica que, em um campo magnético alternado, a perda de energia causada pelo fenômeno de histerese é relativamente baixa, o que ajuda a melhorar a eficiência do transformador e reduzir o desperdício de energia.

• Baixa perda por correntes parasitas: Quando um transformador está em operação, o campo magnético alternado induz uma corrente elétrica, conhecida como corrente parasita, no núcleo. As correntes parasitas fazem com que o núcleo aqueça e resultem em perda de energia. Usando materiais ferromagnéticos com alta resistividade e fazendo o núcleo em finas lâminas (como folhas de aço silício) que são isoladas umas das outras, o caminho para as correntes parasitas pode ser efetivamente reduzido, diminuindo assim a perda por correntes parasitas e melhorando o desempenho e a confiabilidade do transformador.

• Boas características de saturação: Os materiais ferromagnéticos podem manter boas propriedades magnéticas lineares dentro de uma certa faixa de força de campo magnético e só entram no estado de saturação quando a força de campo magnético atinge um certo valor. Essa característica permite que o transformador transfira energia elétrica de forma estável durante a operação normal. Além disso, em situações anormais, como sobrecarga, a característica de saturação do núcleo pode limitar o aumento adicional da corrente do transformador, fornecendo um certo grau de proteção.

Desvantagens

• Perdas por histerese e correntes parasitas: Embora as perdas por histerese e correntes parasitas dos materiais ferromagnéticos sejam relativamente baixas, durante a operação de longo prazo do transformador, essas perdas ainda geram calor, causando um aumento na temperatura do transformador. Para garantir a operação normal do transformador, medidas eficazes de dissipação de calor precisam ser tomadas, o que aumenta os custos de design e fabricação do transformador.

• Peso elevado: Os materiais ferromagnéticos têm uma densidade relativamente alta. O uso de materiais ferromagnéticos para a fabricação do núcleo do transformador aumenta o peso total do transformador. Isso não apenas dificulta o transporte e a instalação do transformador, mas também pode exigir uma estrutura de suporte mais robusta, aumentando ainda mais o custo.

• Influência significativa da temperatura: As propriedades magnéticas dos materiais ferromagnéticos são afetadas pela temperatura. Quando a temperatura de operação do transformador aumenta, a permeabilidade magnética do material ferromagnético diminui, e as perdas por histerese e correntes parasitas aumentam, afetando o desempenho e a eficiência do transformador. Portanto, ao projetar um transformador, é necessário considerar a influência da temperatura nas propriedades dos materiais ferromagnéticos e tomar medidas de compensação de temperatura correspondentes.

• Geração de ruído possível: Durante a operação do transformador, devido ao efeito de magnetorestricção do núcleo, o material ferromagnético vibra mecanicamente, gerando ruído. Este ruído não apenas afeta o ambiente circundante, mas também pode impactar a vida útil e a confiabilidade do transformador. Para reduzir o ruído, processos de design e fabricação especiais, como o uso de materiais de núcleo de baixo ruído e a otimização da estrutura do núcleo, precisam ser adotados.