O cálculo das perdas em um transformador de distribuição é um aspecto crucial tanto para fornecedores quanto para consumidores. Como fornecedor de transformadores de distribuição, compreender essas perdas não apenas ajuda a fornecer produtos de alta qualidade, mas também a orientar os clientes sobre o uso eficiente. Nesta postagem do blog, irei me aprofundar nos diferentes tipos de perdas em transformadores de distribuição e como calculá-las.
Tipos de Perdas em Transformadores de Distribuição
Existem principalmente dois tipos de perdas em transformadores de distribuição: perdas sem carga e perdas com carga.
Não - Perdas de Carga (Perdas de Núcleo)
As perdas sem carga, também conhecidas como perdas no núcleo, ocorrem mesmo quando o transformador não tem carga conectada ao seu lado secundário. Essas perdas são devidas principalmente a dois fatores: perda por histerese e perda por correntes parasitas.
Perda de histerese: A perda de histerese é causada pela magnetização e desmagnetização repetidas do material do núcleo do transformador. Quando uma corrente alternada passa pelo enrolamento primário, o campo magnético no núcleo muda de direção. O material do núcleo resiste a essas mudanças e a energia é dissipada na forma de calor. A perda por histerese ($P_h$) pode ser calculada usando a fórmula de Steinmetz:
[P_h = k_h f B_m^n V]
onde $k_h$ é a constante de histerese de Steinmetz, que depende do material do núcleo; $f$ é a frequência da corrente alternada; $B_m$ é a densidade máxima de fluxo no núcleo; $n$ é o expoente de Steinmetz (geralmente entre 1,5 e 2,5 para a maioria dos materiais magnéticos); e $V$ é o volume do núcleo.
Perda de corrente parasita: A perda por correntes parasitas é devida às correntes circulantes induzidas (correntes parasitas) no núcleo. Quando o campo magnético no núcleo muda, ele induz forças eletromotrizes (EMFs) no material do núcleo, que por sua vez causam correntes parasitas. Essas correntes fluem através da resistência do material do núcleo e dissipam energia na forma de calor. A perda por correntes parasitas ($P_e$) pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
[P_e=k_e f^2 B_m^2 t^2 V]
onde $k_e$ é a constante da corrente parasita, $f$ é a frequência, $B_m$ é a densidade máxima de fluxo, $t$ é a espessura das laminações do núcleo e $V$ é o volume do núcleo.
A perda total sem carga ($P_{nl}$) é a soma da perda por histerese e da perda por corrente parasita:
[P_{nl}=P_h + P_e]
Perdas de Carga (Perdas de Cobre)
As perdas de carga, também chamadas de perdas de cobre, ocorrem quando há uma carga conectada ao lado secundário do transformador. Essas perdas são devidas à resistência dos enrolamentos do transformador. Quando a corrente flui através dos enrolamentos, a energia é dissipada na forma de calor de acordo com a lei de Joule.
A perda de cobre ($P_{cu}$) em um transformador pode ser calculada usando a fórmula:
[P_{cu}=I^2 R]
onde $I$ é a corrente que flui através do enrolamento e $R$ é a resistência do enrolamento. Em um transformador de distribuição, existem enrolamentos primários e secundários, e a perda total de cobre é a soma das perdas em ambos os enrolamentos.
Se conhecermos a corrente nominal ($I_{avaliada}$) e a perda nominal de cobre ($P_{cu - nominal}$) do transformador, e a corrente de carga real for $I_{real}$, a perda real de cobre pode ser calculada como:
[P_{cu}=\left(\frac{I_{real}}{I_{classificado}}\right)^2P_{cu - avaliado}]
Exemplo de cálculo
Vamos considerar umTransformador de distribuição Yawei S11 1200KVA e 1600KVAcom os seguintes parâmetros:
- Potência nominal ($S_{avaliada}$): 1200 kVA
- Sem - perda de carga ($P_{nl}$): 2,2 kW
- Perda de carga nominal ($P_{cu - nominal}$): 13,8 kW
- O transformador está operando a 80% de sua carga nominal.
Primeiro, calculamos a relação real da corrente de carga. Como a carga é 80% da carga nominal, (\frac{I_{real}}{I_{avaliado}} = 0,8)
A perda real de cobre é:
[P_{cu}=\left(\frac{I_{real}}{I_{classificado}}\right)^2P_{cu - avaliado}=(0,8)^2\times13,8\space kW = 8,832\space kW]
A perda total ($P_{total}$) do transformador é a soma da perda sem carga e da perda real de cobre:
[P_{total}=P_{nl}+P_{cu}=2,2\kW espacial + 8,832\kW espacial=11,032\kW espacial]
Importância do cálculo de perdas
O cálculo preciso das perdas em transformadores de distribuição é de grande importância por vários motivos.
Para fornecedores como nós, ajuda no design do produto e no controle de qualidade. Calculando com precisão as perdas, podemos otimizar o projeto do transformador, como escolher o material correto do núcleo, ajustar a resistência do enrolamento e melhorar o sistema de refrigeração. Isto garante que oTransformadores de distribuiçãoque fornecemos atendem aos padrões de alta eficiência exigidos pelo mercado.
Para os consumidores, compreender as perdas é crucial para uma operação económica e energeticamente eficiente. Ao conhecer as perdas em diferentes níveis de carga, os consumidores podem planear a sua utilização de energia de forma mais eficaz, reduzir os custos de energia e contribuir para a proteção ambiental.
Fatores que afetam as perdas
Vários fatores podem afetar as perdas em transformadores de distribuição.
Nível de carga: Conforme mostrado no cálculo da perda de carga, a perda de cobre é proporcional ao quadrado da corrente de carga. Níveis de carga mais elevados resultam em perdas de cobre significativamente maiores.
Material principal: A qualidade do material do núcleo tem um grande impacto nas perdas sem carga. Materiais de núcleo de alta qualidade com baixa histerese e perdas por correntes parasitas, como núcleos de metal amorfo, podem reduzir significativamente as perdas do núcleo do transformador.
Freqüência: Tanto a perda por histerese quanto a perda por corrente parasita estão relacionadas à frequência da corrente alternada. Frequências mais altas geralmente levam a perdas maiores.
Temperatura: A resistência dos enrolamentos do transformador aumenta com a temperatura. Como resultado, a perda de cobre também aumenta com a temperatura. Portanto, o resfriamento adequado do transformador é essencial para manter baixas perdas.
Escolhendo o transformador certo
Ao selecionar um transformador de distribuição, é importante considerar suas características de perda.Transformador de distribuição Delta Staré uma escolha popular em muitas aplicações. Ao escolher um transformador, procure modelos com baixas perdas em vazio e em carga. Isto pode envolver um investimento inicial mais elevado, mas as poupanças de energia a longo prazo podem ser substanciais.
Conclusão
Calcular as perdas em um transformador de distribuição é uma tarefa complexa, mas essencial. Ao compreender os diferentes tipos de perdas, os seus métodos de cálculo e os fatores que as afetam, tanto os fornecedores como os consumidores podem tomar decisões informadas. Como fornecedor de transformadores de distribuição, temos o compromisso de fornecer transformadores de alta eficiência com baixas perdas. Se você estiver interessado em nossos produtos ou tiver alguma dúvida sobre cálculo de perdas e seleção de transformadores, não hesite em nos contatar para compras e discussões adicionais.
Referências
- Sistemas de Energia Elétrica: Planejamento, Projeto e Operação. Por SM Haldenwang e outros.
- Princípios de Eletrônica de Potência. Por John G. Kassakian, Marc F. Schlecht e George C. Verghese.