Seleção de Transformadores Distribuidores Eficientes em Energia

Definição de Perdas em Transformadores

As perdas em transformadores podem ser principalmente categorizadas em dois tipos: perdas a vazio e perdas de carga. Essas perdas são onipresentes em todos os tipos de transformadores, independentemente de seus cenários de aplicação ou potências nominais.

No entanto, existem dois tipos adicionais de perdas: perdas extras induzidas por harmônicos, e perdas que são especialmente relevantes para transformadores maiores – perdas de resfriamento ou auxiliares, que resultam do uso de equipamentos de resfriamento, como ventiladores e bombas.

Perdas a Vazio

Essas perdas ocorrem no núcleo do transformador sempre que o transformador está energizado (mesmo quando o circuito secundário está aberto). Também conhecidas como perdas de ferro ou perdas no núcleo, elas permanecem constantes.
As perdas a vazio consistem em:

Perdas por Histerese

Essas perdas são causadas pelo movimento friccional dos domínios magnéticos dentro das laminas do núcleo, conforme são magnetizados e desmagnetizados pelo campo magnético alternado. Elas dependem do tipo de material usado para o núcleo.

As perdas por histerese geralmente representam mais da metade das perdas totais a vazio (aproximadamente 50% a 70%). No passado, essa proporção era menor (devido a uma contribuição maior das perdas por correntes parasitas, especialmente em folhas relativamente grossas que não haviam sido submetidas a tratamento a laser).

Perdas por Correntes Parasitas

Essas perdas são induzidas por campos magnéticos variáveis que geram correntes parasitas nas laminas do núcleo, produzindo calor.
Essas perdas podem ser mitigadas construindo o núcleo com folhas finas, laminadas e isoladas umas das outras por uma camada fina de verniz para reduzir as correntes parasitas. Atualmente, as perdas por correntes parasitas geralmente compõem 30% a 50% das perdas totais a vazio. Ao avaliar esforços para melhorar a eficiência dos transformadores de distribuição, o progresso mais significativo foi feito na redução dessas perdas.
Também existem perdas menores de dispersão e dielétricas no núcleo do transformador, que geralmente representam não mais de 1% das perdas totais a vazio.

Perdas de Carga

Essas perdas são comumente conhecidas como perdas de cobre ou perdas de curto-circuito. As perdas de carga flutuam de acordo com as condições de carga do transformador.
As perdas de carga consistem em:

Perdas de Calor Ohmico

Às vezes chamadas de perdas de cobre, pois é o componente resistivo dominante das perdas de carga. Essa perda ocorre nos enrolamentos do transformador e é devida à resistência do condutor.
A magnitude dessas perdas aumenta proporcionalmente ao quadrado da corrente de carga e também é proporcional à resistência do enrolamento. Elas podem ser reduzidas aumentando a seção transversal do condutor ou encurtando o comprimento do enrolamento. O uso de cobre como condutor ajuda a equilibrar peso, tamanho, custo e resistência; aumentar o diâmetro do condutor dentro dos limites de outras restrições de design pode ainda reduzir as perdas.

Perdas por Correntes Parasitas nos Condutores

Correntes parasitas, resultantes dos campos magnéticos da corrente alternada, também ocorrem nos enrolamentos. Reduzir a seção transversal do condutor pode diminuir as correntes parasitas, portanto, condutores trançados são empregados para atingir a baixa resistência necessária enquanto controlam as perdas por correntes parasitas.

Isso pode ser evitado usando um condutor continuamente transposto (CTC). Em um CTC, as fibras são frequentemente transpostas para equalizar as diferenças de fluxo e igualar a tensão.