Transformador 50Hz ou 60Hz

Transformador 50Hz ou 60Hz

Um transformador de 50/60 Hz – Qual é mais eficiente e por quê?

Um transformador 50Hz ou 60Hz foi projetado para ser operado nas frequências 50Hz e 60Hz. Para a mesma classificação, qual é mais eficiente quando:

  1. Opera em 50 Hz
  2. Opera em 60 Hz

Obviamente! Se a classificação e os parâmetros do transformador forem os mesmos nos dois casos, um transformador de 50Hz é mais eficiente que o transformador de 60Hz.

Vamos fazer alguns cálculos.

Um circuito indutivo,quando a frequência aumenta, o fator de potencia do circuito diminui. Consequentemente, a saída do transformador diminui.

Vamos considerar o seguinte exemplo.

Classificação e parâmetros do transformador

  • Classificação em kVA = 100kVA
  • R = resistência = 700Ω
  • L = Indutância = 1,2 H
  • F = Frequência 50/60 Hz

Quando o transformador opera com frequência de 50 Hz

Estamos interessados ​​no fator de potência . Então, vamos encontrá-lo por “Cos θ = R / Z”, onde Z = impedância, que depende da reatância indutiva “X L “.

Reatância Indutiva X L  = 2 π f L 

L = 2 x 3,1415 x 50 Hz x 1,2 H

L = 377 Ω

Impedância = Z = √ (R 2 + X 2 ) 

Z = √ (700 2 + 377 2 )

Z = 795 Ω

Fator de potência = Cos θ = R / Z = 700/795

Cos θ = 0,88

Saída do transformador (potência real)

kW = kVA x Cos θ

kW = 100kVA x 0,88

 kW = 88000 W = 88kW 

Quando o transformador opera com frequência de 60 Hz

O mesmo transformador agora está conectado à frequência de 60Hz. Faremos o mesmo cálculo acima para o transformador de 50Hz.

Reatância Indutiva X L  = 2 π f L 

L = 2 x 3,1415 x 60 Hz x 1,2 H

L = 452,4 Ω

Impedância = Z = √ (R 2 + X 2 ) 

Z = √ (700 2 + 452,4 2 )

Z = 833,5 Ω

Fator de potência = Cos θ = R / Z = 700 / 833,5

Cos θ = 0,839

Saída do transformador (potência real)

kW = kVA x Cos θ

kW = 100 kVA x 0,839

 kW = 83900 W = 83,9 kW 

Qual é a diferença ?

O fator de potencia é mais alto do que o transformador operando em 50Hz do que no transformador de 60Hz. Agora veja a diferença na saída do transformador (em Watts, isto é,potência real ou ativa )

  • Saída do transformador de 100 kVA quando operado em 50Hz Frequência de alimentação = 88kW
  • Saída do transformador de 100 kVA quando operado em 60Hz Frequência de fornecimento = 83,9 kW

88kW – 83,9kW = 4100 W = 4,1kW  

Pode parecer uma pequena quantidade de potência, mas se fizermos o mesmo (como acima) para os transformadores de potência com alta classificação, ou seja, para transformadores de 500 kVA ou MVA, o resultado poderá ser enorme, como mostrado abaixo.

Suponha que tudo esteja igual ao acima, sem frequência

Saída do transformador de potência em watts Quando opera em 50 Hz.

kW = kVA x fator de potência ( Cos θ)

kW = 500 kVA x 0,88 = 44000 W = 440 kW  

Saída do transformador de potência em watts Quando opera em 60 Hz.

kW = kVA x Cos θ

kW = 500 kVA x 0,839 = 419500 =  419,5 kW 

Diferença na potência real, ou seja, em watts

440 kW – 419,5 kW = 20500 =  20kW 

O cálculo acima mostra que um transformador de 50Hz é mais eficiente com alta potência de saída em comparação com o transformador de 60Hz quando a classificação e os parâmetros do transformador são os mesmos e não há problemas de isolamento. Além disso, se o T / F não for projetado para ser operado em 60 e 50 Hz, mais corrente fluirá no caso de um transformador de 50Hz com fios em maior perda de potência devido a ” perdas de I 2 R”. Isso ocorre pelos seguintes motivos:

  • Quando a frequência (f) diminui, a reatância indutiva (X L ) diminui ( L ∝ f ).
  • Quando a reatância indutiva (X L ) diminui, a impedância (Z) diminui ( Z ∝ X L ).
  • Quando a reatância ou impedância indutiva diminui, a corrente aumenta ( L ∝ 1 / I onde I ∝ I / Z ).

Se um transformador não for projetado para as frequências de 50 e 60 Hz, já que a frequência de fornecimento aqui é de 60Hz, enquanto em outros lugares é de 50Hz, então:

  • Quando um transformador de 60Hz está sendo operado na fonte de alimentação de 50Hz, ele deve ser reduzido, ou seja, a tensão de alimentação deve ser reduzida em 1/6 para reduzir o pico de fluxo no núcleo e também o calor.
  • Quando um transformador de 50Hz está sendo operado em uma fonte de alimentação de 60Hz, a tensão aplicada deve aumentar em 20% se não houver problemas no isolamento.

Novamente, o transformador de 50Hz tem maior eficiência de saída do que o transformador de 60Hz com a mesma classificação.

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