Projeto e otimização de transformadores a seco

Abstract

Os transformadores são tema de diversos trabalhos científicos e objeto de grande interesse industrial. São utilizados em várias aplicações no ramo da engenharia elétrica como, por exemplo, no sistema de transmissão e distribuição de energia. Este trabalho propõe um algoritmo de otimização de custos de produção de um transformador a seco de 23,1kV/690V e 1500 kVA, baseado em cálculos analíticos existentes na literatura. São dimensionados(as): i) o núcleo do transformador ii) as bobinas e iii) o isolamento necessário entre os enrolamentos. A validação dos parâmetros de projeto calculados analiticamente foi dada por meio de simulação computacional utilizando o software ANSYS MAXWELL, o qual utiliza o método dos elementos finitos como forma de resolução numérica. Neste procedimento, foram comparados valores de tensões e correntes das três fases no primário e secundário do transformador em condições de plena carga e a vazio. A otimização dos parâmetros de projeto foi realizada através de um algoritmo desenvolvido no software MATLAB. Neste procedimento, os parâmetros variáveis foram a indução magnética máxima Bmx, o coeficiente tensão por espiras, a densidade de corrente J e a altura média do enrolamento AEL. Uma vez determinados os parâmetros ótimos do transformador, realizou-se uma comparação das dimensões do transformador com o cálculo analítico sem otimização e após a otimização, das perdas no cobre e no núcleo, bem como do custo estimado de material. Com a otimização proposta neste trabalho, verificou-se uma redução significativa tanto no custo do material de produção do transformador, como nas perdas. Por último, foi realizado um comparativo das dimensões do transformador otimizado com um dispositivo comercial de mesmas características.