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:
- Opera em 50 Hz
- 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
X L = 2 x 3,1415 x 50 Hz x 1,2 H
X L = 377 Ω
Impedância = Z = √ (R 2 + X L 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
X L = 2 x 3,1415 x 60 Hz x 1,2 H
X L = 452,4 Ω
Impedância = Z = √ (R 2 + X L 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 ( X 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 ( X 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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