No ensaio do transformador em curto-circuito, a partir da tensão nominal do primário e da tensão no primário necessária para fazer circular a corrente nominal secundária, estando o secundário em curto-circuito, determina-se o parâmetro:
a) fator de potência.
b) impedância do circuito magnético.
c) reatância do circuito magnético.
d) impedância percentual.
a) fator de potência.
b) impedância do circuito magnético.
c) reatância do circuito magnético.
d) impedância percentual.
Passo 1
O enunciado diz: no ensaio (ensaio) de curto-circuito de um transformador, parte-se da tensão nominal do primário e mede-se a tensão no primário necessária para fazer circular a corrente nominal do secundário com o secundário em curto-circuito. A partir desses dados deve-se determinar qual parâmetro entre as opções abaixo:
a) fator de potência.
b) impedância do circuito magnético.
c) reatância do circuito magnético.
d) impedância percentual.
a) fator de potência.
b) impedância do circuito magnético.
c) reatância do circuito magnético.
d) impedância percentual.
Dados fornecidos explicitamente pelo enunciado:
- A tensão nominal do primário
. - A tensão aplicada no primário que faz circular a corrente nominal do secundário, com o secundário em curto-circuito — chamo aqui essa tensão de
. - O secundário está em curto-circuito durante o ensaio.
O enunciado pede identificar qual parâmetro é determinado por esse ensaio (entre as alternativas).
Passo 2
O que é o ensaio de curto-circuito e o que ele mede (explicação didática):
- No ensaio de curto-circuito, fecha-se o secundário (curto elétrico) e aplica-se ao primário uma tensão reduzida (menor que a nominal) suficiente para que a corrente no transformador atinja o valor nominal. Mede-se essa tensão aplicada
e a corrente que circula (normalmente a corrente nominal ). - Importante física por trás: a tensão aplicada é muito pequena (tipicamente alguns por cento da tensão nominal) durante esse ensaio. Como a tensão é pequena, o fluxo magnético no núcleo também fica muito menor que no regime normal; portanto a corrente de magnetização (corrente que cria fluxo no núcleo) é desprezível. Assim, o ensaio não ativa significativamente os efeitos do circuito magnético (perdas no ferro, reatância de magnetização). Em vez disso, o que predomina é a impedância série do transformador associada aos enrolamentos: resistência de enrolamento e principalmente a reatância de fuga (leakage reactance).
- Conclusão física: o ensaio de curto-circuito determina a impedância série equivalente do transformador (referida ao primário ou secundário), não a impedância do circuito magnético (magnetização).
Passo 3
Definição e fórmula da impedância equivalente série (curto-circuito):
- Seja
a tensão RMS aplicada ao primário durante o ensaio de curto, que faz circular a corrente nominal . A impedância equivalente referida ao primário é dada por:
- Explicação das variáveis:
-
tem unidades de ohms ( ) e representa a impedância série (resistência + j·reatância) vista pelo primário quando o secundário está em curto. -
é a tensão RMS (em volts) aplicada no primário no ensaio de curto que produz . -
é a corrente nominal RMS (em ampères) do transformador.
-
- Observação prática: em muitos manuais usa-se apenas a magnitude
porque durante o ensaio a tensão é pequena e a resistência é pequena comparada à reatância de fuga, mas o ensaio em si determina essencialmente a magnitude da impedância série.
Passo 4
Definição e cálculo da impedância percentual (o que é normalmente obtido no ensaio):
- A impedância percentual (também chamada de tensão de curto-circuito percentual) é a porcentagem da tensão nominal necessária para produzir a corrente nominal com o secundário em curto. Ela é definida por:
- Explicação das variáveis:
-
é adimensional (expressa em ). -
é a tensão de curto medida no primário no ensaio (em volts). -
é a tensão nominal do primário (em volts).
-
- Interpretação física simples: se
, significa que bastam da tensão nominal aplicada no primário (com secundário em curto) para gerar a corrente nominal — isso reflete a impedância série do transformador em relação à sua tensão nominal.
Passo 5
Por que as outras alternativas estão erradas (explicação didática e comparativa):
- a) Fator de potência: o fator de potência é relação entre potência ativa e aparente (
). O ensaio de curto-circuito não tem por objetivo medir o fator de potência nominal do transformador; além disso, durante o ensaio a tensão é pequena e as correntes estão dominadas pela impedância de fuga, não sendo uma medida direta do da operação normal. - b) Impedância do circuito magnético: o “circuito magnético” normalmente refere-se ao ramo de magnetização (reatância de magnetização e resistência de perdas no ferro) que é obtido no ensaio a vazio (open-circuit). No ensaio de curto-circuito esse ramo é praticamente desprezado, logo não se determina a impedância do circuito magnético por esse ensaio.
- c) Reatância do circuito magnético: a reatância de magnetização (
) também é obtida no ensaio a vazio, pois ela está associada ao fluxo no núcleo. No ensaio de curto-circuito o fluxo é reduzido, então não se obtém daí. - d) Impedância percentual: exatamente o que o ensaio de curto-circuito fornece diretamente, conforme a fórmula do Passo 4. Por isso esta é a opção correta.
Passo 6
Resumo objetivo:
- O ensaio de curto-circuito mede a impedância série equivalente do transformador e, em particular, fornece a chamada impedância percentual
, definida por . - Portanto, a alternativa correta é a alternativa (d).
Resposta
d) impedância percentual.