Por que um transformador não pode ser operado em fonte DC?

O que acontece quando o primário de um transformador é conectado à fonte CC?

Um transformador é um dispositivo que aumenta ou diminui o nível de corrente ou tensão CA sem alterar a frequência primária (ou seja, fonte de entrada).

O transformador só funciona em CA e não pode ser operado em CC, ou seja, foi projetado para ser operado apenas e somente em corrente e tensão alternadas. Para saber o que acontecerá se conectarmos uma fonte CC ao primário de um transformador, veja os exemplos a seguir onde conectamos um transformador ao CA primeiro e depois ao CC.

Transformador conectado à fonte de CA

Suponha que conectamos um transformador à alimentação CA com os seguintes dados.

• Tensão primária =  V₁ =230V
• Resistência =R₁ =10Ω
• Indutância =L =0,4 H
• Frequência da fonte =50Hz

Vamos ver quanta corrente fluirá pelo primário de um transformador no caso de CA.

Sabemos que resistência em AC =Impedância

Impedância =Z = V / I em Ω

Onde Z =√ (R ² + X_L ) ² no caso de circuito indutivo.

X_L  =2πf eu

X_L  =2 x 3,1415 x 50Hz x 0,4H

X_L  =125,67Ω

Agora para impedância

Z =√ (R ² + X_L ) ²

Colocando os valores

Z =√ (10 ² Ω + 125,67 ² Ω)

Z =126,1 Ω

Agora atual no primário

I =V / Z

I =230V / 126,1Ω =1,82A

A corrente primária no caso de CA =1,82A

Transformador conectado à fonte DC

Agora conecte o mesmo transformador à tensão CC e vamos ver o que acontece.

Sabemos que não há frequência em DC, ou seja, f =0. Portanto, a reatância indutiva X_L  seria zero se colocássemos f =0 no X_L  =2πf EU.

Assim, corrente no primário de um transformador no caso de fonte CC.

I =V / R

I =230V / 10Ω

I =23A.

A corrente primária no caso de DC =23A

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O cálculo acima mostra que uma corrente excessiva fluirá no primário de um transformador no caso de alimentação CC que queimará as bobinas primárias do transformador. Esta não é a única razão, pois a corrente será DC, agora vamos ver o que acontece no caso de corrente de estado estacionário no transformador.

Se o primário de um transformador estiver conectado à alimentação CC, o primário consumirá uma corrente constante e, portanto, produzirá um fluxo constante. Consequentemente, nenhum EMF traseiro será produzido. O enrolamento primário consumirá corrente excessiva devido à baixa resistência do primário porque sabemos que a reatância indutiva (X_L ) é zero devido à fórmula de reatância indutiva (X_L =2πf L) onde a frequência da fonte DC é zero. Assim, o resultado é que o enrolamento primário superaquecerá e queimará ou o fusível e o disjuntor queimarão. Deve-se tomar cuidado para não conectar o primário de um transformador através da fonte CC.

Por que um transformador não pode ser operado em CC em vez de CA?

Se aplicarmos a tensão ou corrente CC ao primário de um transformador, os seguintes são os resultados

Sabemos que

v =L (di/dt)

Onde:

• v =Tensão instantânea nas bobinas primárias
• L =Indutância do indutor
• di/dt =Taxa instantânea de mudança de corrente em A/s

Agora, neste caso, a tensão é constante, ou seja, CC, agora a corrente (i) aumentará rapidamente até que o núcleo de ferro do transformador fique saturado.

Neste estágio, a corrente (i) aumentará para o nível perigoso e parará de mudar. Quando não há variação na corrente (i), a tensão induzida no primário será zero pois di/dt =0 o que leva a um curto-circuito do enrolamento do transformador com a fonte DC alarmada.

Quando a corrente exceder o nível seguro, ocorrerá uma alta perda de energia como P =I ² R . o que aumentará a temperatura para um nível perigoso e pode haver uma chance de explosão do transformador e o óleo do transformador também pode pegar fogo.

Ou vamos ver pela Segunda Lei de Faraday

e =N dΦ / dt

Onde

• e =CEM induzida
• N =o número de voltas
• dΦ =Mudança no fluxo
• dt =Mudança no tempo

No caso de tensão CC no transformador, haveria fluxo constante (Φ) induzido no primário devido à corrente constante.

Agora a EMF induzida no primário será zero como (dΦ/dt =0), ou seja, e =N dϕ/dt =0 devido ao fluxo constante induzido por corrente constante.

Também sabemos que não há frequência no fornecimento de CC e o fluxo é inversamente proposicional à frequência (Φ =V / f ) que satura o núcleo do transformador.

Isso significa que o primário do transformador atuará como um curto-circuito para a corrente CC adicional que pode explodir o transformador geral. Essa é a razão exata pela qual não devemos conectar um transformador à alimentação CC em vez de CA .

Em que condições o fornecimento de CC é aplicado com segurança ao primário de um transformador?

Na maioria dos casos, esta é uma pergunta do tipo entrevista de engenharia elétrica e eletrônica, então vamos ver como conectar um transformador à alimentação CC.

Existem duas Condições nas quais podemos conectar um transformador ao DC.

• CC pulsante como entrada
• Alta resistência em série com enrolamento primário

CC pulsante no Transformer

Neste método, uma corrente contínua pulsante (que contém ondulações e não uma forma pura de corrente de estado estacionário) para o lado primário de um transformador. Neste caso, o ciclo negativo reinicia o fluxo e a integral de tempo da tensão é zero em um ciclo completo, o que novamente ajuda a redefinir o fluxo no enrolamento. Este conceito é usado em SMPS (Switched-Mode Power Supply.

Alta resistência em série com transformador

Como sabemos, um transformador funciona apenas em CA. no caso de alimentação CC, o primário de um transformador pode começar a soltar fumaça e queimar. Mas existe uma maneira pela qual podemos operar um transformador em DC (embora o circuito seja inútil sem saída) adicionando um resistor de alto valor em série com o primário do transformador.

Quando o enrolamento primário de um transformador deve ser conectado a uma fonte CC. uma alta resistência é conectada em série com o primário. Esta resistência em série limita a corrente primária a um valor CC seguro e, assim, evita que o primário queime.

Por favor, esteja ciente de que não conecte um transformador à alimentação CC sem uma alta resistência em série com o primário. Porque não há frequência em DC e a impedância (Z) do indutor é zero. Se você colocar Z =0 em I =V/Z, a corrente será muito alta, ou seja, o indutor atua como um curto-circuito para a tensão e as correntes CC.