Método para a determinação de capacitâncias parasitas em sistemas eletromagnéticos
Abstract
Esta Tese de Doutorado apresenta um estudo detalhado sobre as capacitâncias parasitas
de sistemas eletromagnéticos, com ênfase em indutores e enrolamentos de transformadores.
O objetivo geral da pesquisa é o desenvolvimento de um método para o cálculo preciso
das capacitâncias parasitas em dispositivos bobinados, especificamente as autocapacitâncias
e as capacitâncias parasitas entre espiras. A metodologia proposta baseia-se no uso
de células padrões durante uma rotina de identificação e correspondência de espiras, camadas
ou formações em nível macro ao longo de um enrolamento. A célula padrão é um
arranjo mínimo e básico de um sistema de múltiplos condutores, capaz de descrever os
valores típicos da energia eletrostática armazenada nesse sistema. Com isso, a célula padrão
possibilita o cálculo das principais relações capacitivas existentes em um certo dispositivo,
respeitando uma matriz de acoplamento capacitivo completa. Regras matemáticas
para esses cálculos são definidas por meio de ajustes de curvas características realizados
no Mathematica 11.1.1.0, cujos dados são obtidos através do Método dos Elementos
Finitos (MEF), executado no simulador FEMM 4.2 (Finite Element Method Magnetics 4.2).
A primeira etapa dos trabalhos envolveu uma investigação teórica e experimental, assim
como uma análise comparativa entre técnicas disponibilizadas na literatura especializada
e o MEF para a determinação de capacitâncias parasitas. A segunda etapa dos trabalhos
abrangeu a verificação e a implementação de circuitos equivalentes de solenoides no
SPICE e no EMTP-ATP (ElectroMagnetic Transients Program – Alternative Transients Program).
Os resultados dessas duas etapas viabilizaram a validação do método proposto e
das representações equivalentes de quatro protótipos de indutores. Comparações foram
realizadas no domínio da frequência, do tempo (resposta transitória ao degrau) e da impedância
série equivalente entre as simulações e as observações experimentais. O método
proposto corrobora com outras pesquisas científicas sobre transitórios eletromagnéticos
de frentes rápida e muito rápida. A proposta contribui também com discussões sobre o
comportamento eletrostático de dispositivos bobinados através do conceito de uma matriz
de acoplamento capacitivo. Por fim, as células padrões podem ser utilizadas em outras
aplicações, desde que um padrão possa ser avaliado e replicado.
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