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Aula 7: Circuitos trifásicos Objetivo 1) Introduzir os circuitos trifásicos; 2) Definir os valores característicos de circuitos trifásicos balanceados e desbalanceados. Introdução Até o Capítulo 5 – Circuitos Conectados a Fonte Monofásica EXEMPLO: Fig. 5.33 - Motor em paralelo com capacitor. Introdução Vamos agora analisar circuitos com equipamentos onde estarão presentes tensões senoidais defasadas de 120º. Fig. 5.33 - Motor em paralelo com capacitor. Por que trifásico? 1. O sistema trifásico usa menor quantidade de cobre ou alumínio para entregar a mesma potência que um sistema monofásico equivalente. 2. Um motor trifásico é menor que o seu correspondente monofásico de mesma potência. Dessa forma, os motores de indução trifásicos são os mais utilizados na indústria. 3. A potência instantânea total, em um sistema trifásico equilibrado é constante, ou seja, não varia no tempo, ao passo que no monofásico é oscilatória. 4. Ao nível da produção, um gerador trifásico é muito menos volumoso, com melhor funcionamento e mais econômico que um monofásico da mesma potência. Introdução Como as tensões trifásicas são geradas e como funcionam os equipamentos que demandam tais tensões, veremos em outros capítulos. Introdução Representação de uma fonte trifásica: DENOMINAÇÃO: Os condutores A, B e C são denominados fases e o condutor conectado no ponto N é o neutro. Fonte de tensões trifásicas Tensão de fase é a tensão entre cada fase e o neutro (N). NOTAÇÃO: A letra maiúscula com acento circunflexo corresponde ao fasor, e, a letra maiúscula sem acento corresponde ao valor eficaz da grandeza elétrica. Tensões de fase Tensões de fase Sequência de fases Sequência de fases ABC: Sequência de fases ACB: Exemplo 6.1 Qual seria o valor da tensão medida por um voltímetro conectado aos terminais A e B da fonte? Solução: Aplicar a “Lei das Malhas de Kirchhoff”. Exemplo 6.1 Solução: Aplicar a “Lei das Malhas de Kirchhoff”. ÛAB: Tensão de linha Exemplo 6.1 A tensão de linha (ÛAB) corresponde à tensão entre duas fases. Obtenção gráfica de ÛAB: A tensão de linha é vezes maior que a tensão de fase e está adiantada de 30o. 3 Tensões de linha Convenções a) Para a sequência de fases ABC Observando esta notação as tensões de linha são denotadas por: b) Para a Sequência de fases ACB Observando esta notação as tensões de linha são denotadas por: Sequência de fase Considerar sentido de giro dos fasores anti-horário e observar o giro dos fasores a partir da referência 0o . Conexões trifásicas Conexão a 4 fios. Conexões trifásicas Conexões trifásicas Conexão conhecida como: triângulo ou delta. Conexões trifásicas Conexão conhecida como: triângulo ou delta. Se as três impedâncias da carga forem iguais (Z1=Z2=Z3), a carga é denominada equilibrada. Caso contrário, a carga trifásica é considerada desequilibrada. Na prática: • Todas as fontes trifásicas são equilibradas. • Assim, um circuito trifásico é considerado equilibrado se a carga for equilibrada e o circuito será desequilibrado se a carga for desequilibrada. Circuitos equilibrados Carga equilibrada em estrela (Y): Circuitos equilibrados NOTAÇÃO: As letras maiúsculas A, B, C e N indicam os terminais da fonte. As letras minúsculas a, b, c e n indicam os terminais da carga. DENOMINAÇÃO: As correntes que vão da fonte para a carga são as correntes de linha. Circuitos equilibrados Circuitos equilibrados Considerando a sequência de fases ABC e a tensão de fase ÛAN como referência angular, as tensões fornecidas pela fonte são: Circuitos equilibrados Impedância da carga: Correntes de linha: Diagrama fasorial Neste caso, olhando apenas o diagrama fasorial tem como ver se a impedância tem característica capacitiva ou indutiva? Carga equilibrada em triângulo (∆): Circuitos equilibrados DENOMINAÇÃO: As correntes que circulam na impedância da carga são as correntes de fase. Convenção para o sentido das correntes de fase: a) Para a sequência de fases ABC: b) Para a sequência de fases ACB: Carga equilibrada em triângulo (∆): Circuitos equilibrados Considerando a sequência de fases ABC e a tensão de linha Û como referência angular, as tensões de linha fornecidas pela fonte são iguais a: Impedância na carga: Cálculo das correntes de fase: Circuitos equilibrados Cálculo das correntes de linha: • Para o nó a tem-se: • Para as outras fases tem-se: Circuitos equilibrados Diagrama fasorial Circuitos equilibrados Relação entre corrente de linha e corrente de fase: A tensão de linha é vezes maior que a tensão de fase e está adiantada de 30o. 3 ATENÇÃO: Esta relação é válida somente para carga ∆ -equilibrada. Circuitos DESequilibrados Carga desequilibrada em triângulo (∆): As impedâncias por fase valem: Circuitos DESequilibrados Para a sequência de fases ACB e assumindo a tensão de linha ÛAB como referência angular, as tensões de linha valem: As correntes de fase são iguais a: Circuitos DESequilibrados As correntes de linha são calculadas por: Diagrama fasorial Circuitos DESequilibrados Carga desequilibrada em Y com neutro: As impedâncias da carga por fase valem: Circuitos DESequilibrados Para a sequência de fases ABC e tensão de fase ÛAN como referência angular tem-se: As correntes de linha valem: Circuitos DESequilibrados Corrente no condutor neutro Aplica-se a “Lei de Nós de Kirchhoff” para o ponto n (neutro da carga): Diagrama fasorial Destaque Estudar Exemplo 6.2 Carga desequilibrada em estrela (Y) sem neutro Circuitos DESequilibrados Carga desequilibrada em estrela (Y) sem neutro Detalhes: • A fonte trifásica é equilibrada → tensões de fase e de linha fornecidas pela fonte continuam os mesmos já definidos anteriormente. • As tensões de linha aplicadas sobre a carga são iguais às tensões de linha fornecidas pela fonte, e portanto, equilibradas. No entanto, devido ao fato de que o neutro da carga n e o da fonte N não estão conectados, há uma diferença de potencial entre esses dois pontos, devido ao desequilíbrio da carga trifásica, levando à conclusão de que as tensões de fase aplicadas à carga não são iguais às tensões de fase fornecidas pela fonte. Circuitos DESequilibrados Circuitos DESequilibrados Devido à não conexão dos neutros, a corrente de neutro é nula. Aplicando a “Lei de Nós de Kirchhoff” para o ponto neutro da carga, tem-se: Circuitos DESequilibrados Dos dois métodos para a solução de um circuito trifásico com carga Y–3 fios desequilibrada, descrito no livro texto, destacamos: • Método deslocamento de neutro (apresenta menor quantidade de cálculos). Circuitos DESequilibrados Condições: a. carga desequilibrada; b. não haver conexão do neutro da fonte com o neutro da carga; Resultado: há um deslocamento do neutro da carga em relação ao neutro da fonte. O método do deslocamento de neutro baseia-se em obter a diferença de potencial entre os pontos neutros e, em seguida, as demais tensões e correntes. sendo Ya, Yb e Yc as admitâncias das cargas, calculadas a partir do inverso das respectivas impedâncias (Y = 1/Z). Tendo-se ÛnN, pode-se então obter as tensões de fase na carga: Circuitos DESequilibrados e tendo-se as tensões de fase, pode-se calcular as correntes de linha (Lei de Ohm). O método do deslocamento de neutro baseia-se em obter a diferença de potencial entre os pontos neutros e, em seguida, as demais tensõese correntes. sendo Ya, Yb e Yc as admitâncias das cargas, calculadas a partir do inverso das respectivas impedâncias (Y = 1/Z). Tendo-se ÛnN, pode-se então obter as tensões de fase na carga: Circuitos DESequilibrados e tendo-se as tensões de fase, pode-se calcular as correntes de linha (Lei de Ohm). É importante destacar que, na realidade, espera-se que nunca ocorra um desligamento (rompimento) do condutor neutro em qualquer instalação elétrica, pois o rompimento do condutor neutro pode resultar em tensões de fase muito altas ou baixas, comprometendo as condições de operação de equipamentos conectados entre uma fase e o neutro, sob pena de serem danificados, dependendo da localização do rompimento. O rompimento do condutor neutro não afeta as condições de operação de equipamentos que estejam conectados entre fases, como é o caso, p. ex. de um chuveiro conectado entre duas fases, pois se considera que as tensões fornecidas pela companhia distribuidora são equilibradas e independem da carga conectada. Circuitos DESequilibrados