Laboratório Virtual: Transformadores — Regulação, Rendimento e 3º Harmônico Trifásico

Simulação interativa de diagrama fasorial sob carga (Efeito Ferranti), curva de eficiência η(α) e análise harmônica de conexões trifásicas (Padrão UFPR TE323 / PSIM).

⚙️ Parâmetros Operacionais e Topologia
Índice de Carregamento (α = S / Sn): 100% (1.00 pu)
Vazio (0%) Ótimo (63.2%) Nominal (100%) Sobrecarga (130%)
Ângulo da Carga (θ₂ / Fator de Potência): +36.9° (0.80 ind)
-60° (Capacitivo) 0° (FP = 1.0) +60° (Indutivo)
Saturação do Núcleo (3ª Harmônica I₃/I₁): 30%
Linear (5%) Joelho B-H (30%) Saturação Severa (55%)
Conexão do Banco Trifásico (UFPR TE323):
⚡ EFEITO FERRANTI (VR < 0%): A corrente capacitiva adiantada na reatância Xeq eleva a tensão secundária acima do valor a vazio (|V₂| > |V₁/a|)!
⚠️ ALERTA 3º HARMÔNICO (Y-Y ISOLADO): Sem neutro ou malha Δ, I₃ é bloqueada! O fluxo Φ(t) achata e a tensão de fase vAN(t) sofre sobretensão pontiaguda severa!
🔧 CONTINGÊNCIA DELTA ABERTO (V-V): Operando com apenas 2 unidades monofásicas! Capacidade máxima reduzida para 1/√3 = 57.7% do banco original.
Regulação Tensão (VR%) +3.88%
Rendimento (η%) 97.94%
Carga de η_máx (α_ótimo) 63.25% (Pfe=Pcu)
THD Tensão Fase (THD_V) 1.2% (Senoidal)
Capacidade Disponível do Banco Trifásico 100.0% (Plena Capacidade — 3 Unidades)
Análise Fasorial, Eficiência Energética e Oscilograma Harmônico Parâmetros Base: Req = 1.5% (0.015 pu) | Xeq = 5.0% (0.050 pu) | Pfe = 0.6%
Princípio Físico (UFPR TE323 / Cap. 2): 1) Regulação e Efeito Ferranti: Pela malha secundária em PU, V̇₁ = V̇₂ + α(Req + jXeq)(cos θ₂ - j sen θ₂). Em cargas indutivas (θ₂ > 0), a queda reativa soma-se em fase à tensão, derrubando |V₂| (VR > 0). Em cargas capacitivas (θ₂ < 0), a corrente adiantada em jXeq produz elevação de tensão interna, resultando em VR < 0%. 2) Rendimento Máximo: Ocorre exatamente quando as perdas variáveis no cobre igualam as perdas fixas magnéticas no ferro: α² · Pcu,n = Pfe ⇒ α_ótimo = √(Pfe / Pcu,n). 3) Física do 3º Harmônico: Devido à saturação da curva B-H, um fluxo senoidal exige uma corrente magnetizante pontiaguda rica em 3º harmônico (180 Hz, sequência zero). Na conexão Y-Y Isolado (EEE), a 1ª Lei de Kirchhoff no neutro bloqueia i₃(t); o fluxo Φ(t) torna-se trapezoidal/achatado e sua derivada (e = N dΦ/dt) induz picos perigosos de tensão fase-neutro. Aterrar o neutro (EET) ou incluir um enrolamento em Triângulo (Δ, que confina i₃ circulando internamente na malha) restaura imediatamente a onda senoidal pura!