Por que o fator de potência de uma carga afeta a regulação de tensão de um transformador?
Passo 1
Então, o exercício está perguntando “Por que o fator de potência de uma carga afeta a regulação de tensão de um transformador?”
Conteúdo: teoria de transformadores, queda de tensão e fator de potência.
O que precisamos:
Conteúdo: teoria de transformadores, queda de tensão e fator de potência.
O que precisamos:
- Definição de regulação de tensão.
- Relação entre corrente de carga, impedância do transformador e fator de potência.
- Mostrar como diferentes fatores de potência (adiantado, unitário, atrasado) mudam a queda de tensão e, portanto, a regulação.
Passo 2
Primeiro, o que é regulação de tensão?
Regulação de tensão (Reg) mede o quanto a tensão do secundário “cai” quando passa de vazio (sem carga) para plena carga. A fórmula típica é:
Regulação de tensão (Reg) mede o quanto a tensão do secundário “cai” quando passa de vazio (sem carga) para plena carga. A fórmula típica é:
onde:
-
é a tensão no secundário sem carga. -
é a tensão no secundário com carga.
Passo 3
Agora, de onde vem essa queda de tensão?
O transformador tem uma impedância interna . Quando nossa carga puxa uma corrente
, ocorre uma queda de tensão interna:
O transformador tem uma impedância interna
Mas atenção:
é um número complexo quando a carga não está em fator de potência unitário. Se a carga tem fator de potência atrasado (indutivo), essa corrente está defasada em relação à tensão por um ângulo
.
Passo 4
Vamos relacionar
ao fator de potência
.
Para uma carga que absorve potência ativa :
Para uma carga que absorve potência ativa
Logo, quanto menor
, maior é
e, consequentemente, maior é a corrente
.
Mas não é só isso: a parte reativa (associada a ) causa uma queda de tensão que depende de
. Na prática, a queda de tensão em módulo fica assim:
Mas não é só isso: a parte reativa (associada a
e como
aumenta com a queda de
,
também aumenta.
Passo 5
Conclusão prática:
- Fator de potência unitário (
): corrente mínima para mesma potência ativa → queda de tensão menor → regulação melhor. - Fator de potência atrasado (
): corrente maior e mais componente reativa → queda de tensão maior → regulação pior (tensão no secundário cai mais). - Fator de potência adiantado (capacitivo) pode até “compensar” parte da queda em
, resultando em regulação diferente, mas geralmente o pior caso é atrasado.
Resposta
O fator de potência afeta a regulação porque ele muda a intensidade e a defasagem da corrente de carga: menor
significa corrente maior e mais componente reativa, gerando maior queda de tensão interna no transformador e, portanto, pior regulação.