26.2 : Circuitos equivalentes para transformadores práticos

Os circuitos equivalentes práticos de transformadores monofásicos de dois enrolamentos exibem desvios significativos de suas versões idealizadas devido às propriedades inerentes de resistência do enrolamento e permeabilidade finita do núcleo. Essas propriedades resultam em perdas de potência real e reativa, afetando o desempenho do transformador. Entender esses desvios é crucial para projetar transformadores mais eficientes.

Em um transformador prático, cada enrolamento exibe resistência e reatância de fuga. A resistência do enrolamento contribui para perdas resistivas, manifestando-se como calor, enquanto a reatância de fuga, associada ao fluxo de fuga, causa uma queda de tensão e resulta em perda de potência reativa. Esses elementos são modelados em série, com cada enrolamento no circuito equivalente do transformador, fornecendo uma representação mais precisa do comportamento do transformador sob condições de carga.

A permeabilidade finita do núcleo do transformador implica que uma força magnetomotriz (MMF) diferente de zero é necessária, conforme descrito pela lei de Ohm para circuitos magnéticos. Este requisito resulta em uma corrente de magnetização, essencial para estabelecer o fluxo magnético no núcleo. Quando a tensão induzida no enrolamento primário é considerada, a corrente de magnetização atrasa a tensão induzida em 90 graus. Esta relação é representada por um indutor de derivação no circuito equivalente, modelando com precisão o componente de potência reativa devido à magnetização do núcleo.

Perdas no núcleo, principalmente devido à histerese e correntes parasitas no material do núcleo, são representadas por um resistor de derivação no circuito equivalente. Este resistor modela a corrente de perda do núcleo, que está em fase com a tensão induzida. Quando a corrente do enrolamento secundário é zero, a corrente primária compreende dois componentes: a corrente de magnetização e a corrente de perda do núcleo. Esses componentes são responsáveis pelas perdas de potência reativa e real, respectivamente.

Para reduzir essas perdas, aço de liga de alta qualidade é frequentemente usado para o material do núcleo. Este material tem propriedades magnéticas superiores, reduzindo as perdas de histerese e correntes parasitas, melhorando assim a eficiência do transformador.

Três circuitos equivalentes alternativos primários podem ser construídos para um transformador prático:

1. Quando a resistência e a reatância de fuga são referidas ao enrolamento primário.
2. Quando a corrente de excitação (a soma das correntes de magnetização e perda do núcleo) é negligenciada para simplificar.
3. Quando as resistências do enrolamento são ignoradas, focando somente nos componentes reativos.

Cada um desses circuitos equivalentes fornece visões sobre diferentes aspectos do desempenho do transformador e simplifica a análise para aplicações específicas. Ao entender e modelar essas características não ideais, os engenheiros podem projetar transformadores que atendem melhor às demandas de vários sistemas elétricos.