Como o Aço Silício Reduz a Perda no Núcleo do Transformador

Por que as Laminas de Aço Silício são Usadas nos Núcleos dos Transformadores – Reduzindo a Perda por Correntes Parasitas

Por que reduzir o outro tipo de perda de ferro - a perda por correntes parasitas?
Quando um transformador opera, a corrente alternada flui através de suas bobinas, produzindo um fluxo magnético alternado correspondente. Este fluxo em mudança induz correntes dentro do núcleo de ferro. Essas correntes induzidas circulam em planos perpendiculares à direção do fluxo magnético, formando loops fechados - daí o nome de correntes parasitas. As perdas por correntes parasitas também causam o aquecimento do núcleo.

Por que os Núcleos dos Transformadores são Feitos de Laminas de Aço Silício?

O aço silício - uma liga de aço contendo silício (também conhecido como "silício" ou "Si") com um teor de silício entre 0,8% e 4,8% - é comumente usado para os núcleos dos transformadores. A razão está na alta permeabilidade magnética do aço silício. Como um material magnético altamente eficiente, ele pode produzir uma alta densidade de fluxo magnético quando energizado, permitindo que os transformadores sejam feitos mais compactos.

Como sabemos, os transformadores reais operam sob condições de corrente alternada (CA). As perdas de potência ocorrem não apenas devido à resistência nas bobinas, mas também no núcleo de ferro devido à magnetização cíclica. Esta perda de potência relacionada ao núcleo é conhecida como "perda de ferro", que consiste em dois componentes:

• Perda por histerese

• Perda por correntes parasitas

A perda por histerese surge do fenômeno de histerese magnética durante o processo de magnetização do núcleo. A magnitude desta perda é proporcional à área encerrada pelo loop de histerese do material. O aço silício tem um loop de histerese estreito, resultando em menor perda por histerese e aquecimento significativamente reduzido.

Dadas essas vantagens, por que não se usa um bloco sólido de aço silício para o núcleo? Por que, em vez disso, é processado em laminas finas?

A resposta é para reduzir o segundo componente da perda de ferro - a perda por correntes parasitas.

Como mencionado anteriormente, o fluxo magnético alternado induz correntes parasitas no núcleo. Para minimizar essas correntes, os núcleos dos transformadores são construídos a partir de laminas finas de aço silício que são isoladas umas das outras e empilhadas juntas. Este design confina as correntes parasitas a caminhos estreitos e alongados com menores áreas de seção transversal, aumentando assim a resistência elétrica ao longo de seus caminhos de fluxo. Além disso, a adição de silício na liga aumenta a resistividade elétrica do próprio material, suprimindo ainda mais a formação de correntes parasitas.

Typicamente, os núcleos dos transformadores usam laminas de aço silício laminado a frio com cerca de 0,35 mm de espessura. Com base nas dimensões necessárias do núcleo, essas laminas são cortadas em tiras longas e então empilhadas em configurações "日" (dupla-janela) ou de janela única.

Em teoria, quanto mais fina a lâmina e mais estreitas as tiras, menor será a perda por correntes parasitas - resultando em menor aumento de temperatura e uso reduzido de material. No entanto, na fabricação real, os projetistas não otimizam exclusivamente com base na minimização das correntes parasitas. O uso de tiras extremamente finas ou estreitas aumentaria muito o tempo de produção e o trabalho, enquanto reduziria a área seccional efetiva do núcleo. Portanto, ao fabricar núcleos de aço silício, os engenheiros devem equilibrar cuidadosamente o desempenho técnico, a eficiência de fabricação e o custo para selecionar as dimensões ótimas.