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:
  1. Definição de regulação de tensão.
  2. Relação entre corrente de carga, impedância do transformador e fator de potência.
  3. 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:
Reg = Vvazio - VcargaVcargatimes 100%
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 De. Quando nossa carga puxa uma corrente , ocorre uma queda de tensão 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 I = Sraiz3,V e S = Pcosvarphi ao fator de potência |De.
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:
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.

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