Teoria do Transformador em Operação com e sem Carga

Discutimos a teoria do transformador ideal para uma melhor compreensão da teoria elementar do transformador. Agora, vamos abordar os aspectos práticos, um por um, de um transformador de energia elétrica e tentar desenhar o diagrama vetorial do transformador em cada etapa. Como dissemos, no transformador ideal, não há perdas no núcleo, ou seja, o núcleo é isento de perdas. No entanto, no transformador prático, existem perdas de histerese e corrente parasita no núcleo do transformador.

Teoria do Transformador sem Carga

Sem Resistência de Bobinamento e Sem Reatância de Fuga

Consideremos um transformador elétrico com apenas perdas no núcleo, o que significa que ele tem apenas perdas no núcleo, mas nenhuma perda de cobre e nenhuma reatância de fuga. Quando uma fonte alternada é aplicada no primário, a fonte fornecerá a corrente para magnetizar o núcleo do transformador.

Mas esta corrente não é a corrente de magnetização real; ela é um pouco maior do que a corrente de magnetização real. A corrente total fornecida pela fonte tem dois componentes, um é a corrente de magnetização, que é utilizada apenas para magnetizar o núcleo, e outro componente da corrente da fonte é consumido para compensar as perdas no núcleo do transformador.

Devido a este componente de perda no núcleo, a corrente da fonte em um transformador sem carga fornecida pela fonte não está exatamente com 90° de defasagem em relação à tensão de alimentação, mas fica defasada por um ângulo θ menor que 90o. Se a corrente total fornecida pela fonte for Io, terá um componente em fase com a tensão de alimentação V1, e este componente de corrente Iw é o componente de perda no núcleo.

Este componente é tomado em fase com a tensão da fonte porque está associado às perdas ativas ou de trabalho no transformador. Outro componente da corrente da fonte é denotado como Iμ.

Este componente produz o fluxo magnético alternado no núcleo, portanto, é watt-less, ou seja, é a parte reativa da corrente da fonte do transformador. Portanto, Iμ estará em quadratura com V1 e em fase com o fluxo alternado Φ. Assim, a corrente primária total em um transformador na condição de sem carga pode ser representada como:

Agora você viu quão simples é explicar a teoria do transformador sem carga.

Teoria do Transformador sob Carga

Sem Resistência de Bobinamento e Com Reatância de Fuga

Agora examinaremos o comportamento do transformador mencionado acima sob carga, o que significa que a carga está conectada aos terminais secundários. Consideremos um transformador com perdas no núcleo, mas sem perdas de cobre e reatância de fuga. Sempre que uma carga é conectada ao enrolamento secundário, a corrente de carga começará a fluir através da carga e do enrolamento secundário.

Esta corrente de carga depende exclusivamente das características da carga e também da tensão secundária do transformador. Esta corrente é chamada de corrente secundária ou corrente de carga, aqui denotada como I2. Como I2 está fluindo no secundário, será produzida uma MMF (força magnetomotriz) no enrolamento secundário. Aqui, é N2I2, onde, N2 é o número de espiras do enrolamento secundário do transformador.

Esta MMF (força magnetomotriz) no enrolamento secundário produz o fluxo φ2. Este φ2 opõe-se ao fluxo de magnetização principal e enfraquece momentaneamente o fluxo principal, tentando reduzir a força eletromotriz induzida E1 no primário. Se E1 cair abaixo da tensão de alimentação V1, haverá uma corrente extra fluindo da fonte para o enrolamento primário.

Esta corrente extra I2′ produz um fluxo extra φ′ no núcleo, que neutralizará o fluxo contrário secundário φ2. Portanto, o fluxo de magnetização principal do núcleo, Φ, permanece inalterado, independentemente da carga. Assim, a corrente total que o transformador retira da fonte pode ser dividida em dois componentes.

O primeiro é utilizado para magnetizar o núcleo e compensar as perdas no núcleo, ou seja, Io. É o componente sem carga da corrente primária. O segundo é utilizado para compensar o fluxo contrário do enrolamento secundário. É conhecido como o componente de carga da corrente primária. Portanto, a corrente primária total sem carga I1 de um transformador de energia elétrica sem resistência de bobinamento e reatância de fuga pode ser representada como segue:

Onde θ2 é o ângulo entre a Tensão Secundária e a Corrente Secundária do transformador.
Agora, daremos mais um passo em direção a um aspecto mais prático do transformador.

Teoria do Transformador Sob Carga, com Bobinamento Resistivo, mas sem Reatância de Fuga

Agora, consideremos a resistência do bobinamento do transformador, mas sem reatância de fuga. Até agora, discutimos o transformador que possui bobinamentos ideais, ou seja, bobinamentos sem resistência e reatância de fuga, mas agora consideraremos um transformador que possui resistência interna no bobinamento, mas sem reatância de fuga. Como os bobinamentos são resistentivos, haverá uma queda de tensão nos bobinamentos.

Provamos anteriormente que a corrente primária total da fonte sob carga é I1. A queda de tensão no bobinamento primário com resistência, R1