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Título: Cálculo da induçaó magnética em transformador monofásico utilizando o método de elementos finitos 2D
Título(s) alternativo(s): Calculation of magnetic flux density in a single-phase transformer using the 2D finite element method
Autor(es): Ramirez, Fernando Candia
Orientador(es): Mendes, Filomena Barbosa Rodrigues
Palavras-chave: Transformadores elétricos
Método dos elementos finitos
Numeração
Métodos de simulação
Eletromagnetismo
Electric transformers
Finite element method
Numeration
Simulation methods
Electromagnetism
Data do documento: 19-Jan-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: RAMIREZ, Fernando Candia. Cálculo da indução magnética em transformador monofásico utilizando o método de elementos finitos 2D. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025.
Resumo: Na engenharia, a resolução de problemas envolvendo campos físicos, como campos de temperatura, deslocamento, pressão e intensidade de campo elétrico, é uma necessidade constante. Quando a solução analítica dos problemas não é possível, os métodos numéricos têm sido a ferramenta fundamental. Os fenômenos eletromagnéticos tem solução analítica quando a geometria do problema assim o possibilita, no entanto, quando a complexidade topológica se incrementa, por via de regra, a obtenção das grandezas é feita exclusivamente por meio de métodos numéricos computacionais, aplicadas as devidas condições de contorno governadas pelas Equações de Maxwell. O método de elementos finitos e uma das técnicas por excelência empregada na simulação de campos distribuídos no espaço em diversas áreas da engenharia elétrica, com destaque aos problemas de campos eletromagnéticos. Na indústria o método de elementos finitos e um recurso consolidado na elaboração de projetos de maquinas elétricas, reduzindo drasticamente a construção de protótipos e ensaios que rapidamente podem se tornar prolixos e do tempo necessário na otimização do dimensionamento de suas características. Este trabalho aborda uma simulação computacional em duas dimensões de um transformador monofásico de baixa tensão a fim de calcular a indução magnética no núcleo e nas regiões imediatamente adjacentes. O método de elementos finitos pode ser aplicado em até três dimensões, considerando também a evolução temporal dos fenômenos físicos durante a simulação. Sera realizada uma análise quantitativa para identificar os pontos de saturação do núcleo.
Abstract: In engineering, solving problems involving physical fields, such as temperature, displacement, pressure, and electric field intensity, is a constant necessity. When an analytical solution to these problems is not possible, numerical methods have become a fundamental tool. Electromagnetic phenomena have analytical solutions whenever the problemls geometry allows it. However, as the topological complexity increases, determining the quantities involved is typically achieved exclusively through computational numerical methods, constrained by the necessary boundary conditions governed by Maxwellls equations. The finite element method (FEM) is one of the foremost techniques employed for simulating spatially distributed fields across various areas of electrical engineering, particularly in addressing electromagnetic field problems. In the industry, FEM is a well-established resource in the design of electrical machines, drastically reducing the need for prototype construction and testing, which can quickly become cumbersome, and minimizing the time required to optimize the dimensional characteristics of such designs. This work presents a two-dimensional computational simulation of a low-voltage single-phase transformer to calculate the magnetic qux density in the core and its immediate surroundings. The finite element method can be applied in up to three dimensions, also accounting for the time-dependent behavior of the physical phenomena during the simulation. A quantitative analysis of the results will be performed to identify core saturation.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37214
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