REFLEXÃO UFCD 12 – Sistemas Trifásicos

REFLEXÃO UFCD 12 – Sistemas Trifásicos _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Objetivos:  Potência em trifásico P/Q/S;  Ligação em estrela e em triângulo;  Importância do neutro;  Diagrama fasorial das tensões;  Estrela equilibrado;  Triângulo equilibrado. _________________________________________________________________________________ Introdução: Nos sistemas trifásicos são utilizadas linhas a três ou quatro fios para a alimentação das cargas a partir dos geradores. Ora, do eletromagnetismo sabemos que haverá um acoplamento magnético entre estes fios quando um ou mais forem percorridos por corrente. Assim, a passagem de corrente senoidal em qualquer um destes fios irá induzir tensões também senoidais nos demais. Para a resolução de circuitos, em sistemas de potência, este efeito é representado através da definição de indutâncias mútuas entre os fios. No caso geral, a resolução de circuitos trifásicos com indutâncias mútuas é relativamente complexa, pois o sistema pode tornar-se desequilibrado. Para facilitar o entendimento dos métodos de cálculo, vamos desconsiderar a existência de indutâncias mútuas, ressaltando que no caso particular em que tais indutâncias sejam iguais tudo o que se apresentará continua válido, pois o sistema mantém-se equilibrado. Sistema de distribuição Vantagens do sistema trifásico: RECEPTORES MONOFÁSICOS - Tipo doméstico Baixa potência (até 3 KW) Tensão funcionamento 230 V RECEPTORES TRIFÁSICOS: - Tipo industrial ou no Comércio Potência mais elevada (até centenas de KW) Tensão de funcionamento 400 V INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: Instalações só com recetor monofásico Instalações só com recetor trifásico Instalações com os dois tipos de recetores • Na Produção - Alternador Trifásico produz 50% mais energia que um alternador monofásico do mesmo custo. • No Transporte - Para a mesma potência: o sistema tem menos perdas e menos material acessório. • Na Distribuição - Permite a utilização de 2 níveis de tensões: 230 V e 400 V, permitindo ao consumidor utilizar recetores trifásicos (motores assíncronos, por exemplo) que são mais robustos, baratos e de mais fácil manutenção que os monofásicos. • No consumidor - A carga recebe sempre uma potência constante. Na monofásica a potência cai a valores de zero durante os ciclos. Ligações em estrela e triângulo Diagramas fasoriais Observando a rede secundária podemos notar que algumas cargas são alimentadas por tensão de fase e outras por tensão de linha. Assim sendo, podemos distinguir dois tipos de ligações: estrela e triângulo (ou delta). Ligação em estrela Ligação em triângulo As cargas trifásicas podem ser interligadas ao sistema de dois modos distintos: • Em estrela, também chamado de Y: um dos terminais das cargas é conectado a uma das fases do sistema enquanto o outro terminal é conectado a um ponto comum que é o neutro utilizado para se medir as tensões de fase. • Em triângulo, também chamado de delta: nesta configuração um dos terminais das cargas é conectado a um outro terminal de outra carga e as fases do sistema são interligadas nos pontos de junção dos terminais da carga. • Estrela (símbolo: Y) • Triângulo ou delta (símbolo: Δ) Na conexão estrela podemos calcular o valor eficaz das ' tensões de linha' a partir dos valores eficazes das 'tensões de fase'. As 'correntes de fase' são idênticas às 'correntes de linha', pois a corrente que circula por uma das cargas é a mesma que circula por uma das fases. Na conexão triângulo ou delta a 'tensão de fase' é igual a 'tensão de linha' pois a tensão aplicada sobre cada uma das cargas é a diferença entre as tensões aplicadas às cargas vizinhas. Os valores eficazes das 'correntes de linha', podem ser calculadas com os valores eficazes das 'correntes de fase'. Pressupondo um sistema balanceado, que nem sempre ocorre na prática. Considere-se uma carga trifásica equilibrada, representada pelas impedâncias: Se esta carga for ligada em estrela, – Diagrama representativo de uma carga ligada em estrela a amplitude da tensão aplicada a cada fase da carga é a amplitude de uma tensão simples, pelo que a amplitude da corrente em cada fase da carga é: Como numa ligação em estrela a corrente na fase da carga é exatamente a mesma corrente que percorre a linha, obtém-se: designando por a amplitude da tensão na fase da carga de uma estrela, a amplitude da corrente na fase da carga de uma estrela e por a amplitude da corrente na linha de uma estrela. Se esta mesma carga for ligada em triângulo, – Diagrama representativo de uma carga ligada em triângulo a amplitude da tensão aplicada a cada fase da carga é uma tensão composta pelo que a amplitude da corrente em cada fase da carga é: Como numa ligação em triângulo a amplitude da corrente na linha é vezes superior à corrente que percorre a fase da carga, obtém-se: designando por a amplitude da tensão na fase da carga de um triângulo, a amplitude da corrente na fase da carga de um triângulo e por a amplitude da corrente na linha de um triângulo. Atendendo à relação entre as amplitudes de uma tensão simples e de uma tensão composta do sistema trifásico, , a expressão anterior pode escrever-se na forma: Comparando a expressão de com a expressão de conclui-se que: Isto é, a amplitude da corrente de linha quando uma carga está ligada em triângulo, é 3 vezes superior à amplitude da corrente de linha quando essa mesma carga está ligada em estrela. Estrela e triãngulo equilidradas Uma carga trifásica é um conjunto de 3 cargas monofásicas, isto é, 3 impedâncias. Cada uma das impedâncias é designada por fase da carga . Se estas 3 impedâncias forem iguais, designa-se por carga equilibrada; será uma carga desequilibrada, caso contrário. As cargas desequilibradas serão analisadas na secção Cargas Desequilibradas. Cargas Monofásicas Uma das formas de ligar as 3 impedâncias é, à semelhança do que se fez para a fonte, ligar cada fase da carga a uma fase da fonte, tal como se esquematiza na Figura 2. Este tipo de ligação designa-se por ligação estrela. Carga trifásica ligada em estrela Circulando em cada uma das malhas que inclui uma fase do gerador, uma fase da carga e se fecha pelo condutor de neutro, verifica-se que, a cada fase da carga, Uf , (isto é, a cada uma das impedâncias da carga) fica aplicada a tensão da fase do gerador, isto é, uma tensão simples, Us , (uma tensão entre o condutor de fase e o neutro). Carga ligada em estrela Uf = Us As amplitudes complexas das correntes (em valor eficaz) que circulam na carga são: Onde, por simplicidade, se admitiu que U1(t) tem uma fase inicial nula. Este conjunto de 3 correntes, tem a mesma amplitude e estão desfasadas entre si de 2π/3, pelo que constituem um sistema trifásico equilibrado de correntes. Assim sendo, a corrente no condutor de neutro será nula pois, aplicando a Lei dos Nós a qualquer um dos 2 nós do circuito, se obtém: O diagrama vetorial das correntes e tensões nas fases de uma carga equilibrada ligada em estrela encontra-se representado na Figura: Diagrama vetorial de tensões e correntes nas fases de uma carga equilibrada ligada em estrela Nesta situação de equilíbrio, o condutor de neutro pode ser retirado, mantendo-se as tensões nas fases da carga iguais às tensões nas fases do gerador. No caso de uma carga ligada em estrela, as correntes na linha de transmissão, il, (correntes entre o gerador e a carga) são iguais às correntes nas fases da carga, if, (isto é, as correntes que atravessam cada uma das impedâncias da carga). Carga em estrela Curso: Técnico de Instalações Elétricas – EFA-NS Formador: José Márcio Formando: Fernando Silva Nº 11 04 de junho de 2013