Per què les pèrdues de cobre són típicament inferiors a les pèrdues de ferro en un transformador ideal?

La pèrdua de cobre i la pèrdua de ferro en un transformador ideal

En el model teòric d'un transformador ideal, assumim que no hi ha pèrdues, és a dir, tant la pèrdua de cobre com la pèrdua de ferro són zero. No obstant això, si considerem un transformador ideal des d'una perspectiva més realista, podem argumentar que les seves pèrdues de cobre i ferro haurien de ser teòricament molt baixes. Específicament, la pèrdua de cobre d'un transformador ideal sol considerar-se menor que la pèrdua de ferro, principalment per diverses raons:

• Definició de la pèrdua de cobre: La pèrdua de cobre és la pèrdua d'energia que es produeix degut a la resistència dels voltants del transformador (típicament conductors de cobre) quan passa corrent a través d'ells. Segons la Llei de Joule, es genera calor, i aquesta part de la pèrdua d'energia es coneix com a pèrdua de cobre.

• Definició de la pèrdua de ferro: La pèrdua de ferro consisteix en la pèrdua per corrents de Foucault i la pèrdua per histeresis generades pel nucli de ferro del transformador en un camp magnètic altern. Així, fins i tot en condicions ideals, aquestes pèrdues encara existeixen degut a les característiques inherents al material del nucli de ferro.

• Rendiment ideal: En un transformador ideal, la resistència dels voltants pot considerar-se infinitament petita, resultant en una pèrdua de cobre negligible. No obstant això, la pèrdua de ferro encara existeix ja que està relacionada amb les propietats del material del nucli i l'acció del camp magnètic altern, que no es pot eliminar completament, fins i tot en un escenari ideal.

Pèrdues de cobre i ferro en transformadors reals

En els transformadors pràctics, la situació és diferent. Tot i que podem minimitzar les pèrdues utilitzant materials de alta qualitat i dissenys avançats, les pèrdues de cobre i ferro són inevitables. Aquí tenim algunes característiques de les pèrdues de cobre i ferro en transformadors reals:

• L'impacte real de la pèrdua de cobre: En els transformadors pràctics, la pèrdua de cobre es produeix degut a la resistència dels voltants i és directament proporcional al quadrat de la corrent. Això significa que, a mesura que augmenta la càrrega i la corrent, la pèrdua de cobre també augmenta significativament.

• Impacte real de les pèrdues de ferro: Les pèrdues de ferro reals en els transformadors inclouen les pèrdues per corrents de Foucault i les pèrdues per histeresis. Les pèrdues per corrents de Foucault es produeixen per la generació de corrents de Foucault en el nucli de ferro degut al camp magnètic altern, mentre que les pèrdues per histeresis resulten de la pèrdua d'energia en el material del nucli de ferro durant el procés de magnetització i desmagnetització repetit.

• Comparació de la pèrdua de cobre i la pèrdua de ferro: En els transformadors pràctics, els valors específics de la pèrdua de cobre i la pèrdua de ferro depenen de diversos factors, inclosos el disseny del transformador, les condicions de càrrega, la freqüència d'operació, etc. En alguns casos, la pèrdua de cobre pot superar la pèrdua de ferro, mentre que en altres situacions, la pèrdua de ferro pot ser més gran. Típicament, per als transformadors sota condicions de càrrega lleugera o sense càrrega, la pèrdua de ferro pot predominar, mentre que per als transformadors sota condicions de càrrega pesada, la pèrdua de cobre pot ser més significativa.

Conclusió

En resum, la pèrdua de cobre en un transformador ideal sol ser típicament menor que la pèrdua de ferro, ja que la pèrdua de cobre pot teòricament apropar-se a zero, mentre que la pèrdua de ferro no es pot eliminar completament degut a les propietats del material del nucli de ferro. En els transformadors pràctics, tant la pèrdua de cobre com la pèrdua de ferro existeixen, i els seus valors específics depenen de diversos factors. La importància de les pèrdues de cobre i ferro pot variar en funció de les diferents condicions d'operació.