Circuitos Trifásicos

1 - Introdução

2 - Potências no Sistema Trifásico

3 - Fator de Potência em Circuitos Trifásicos

4 - Triângulo de Potências

5 – Tipos de Cargas

6- Correção do Fator de Potência

1- Introdução Uma fonte trifásica é constituída de três fontes de tensões iguais

defasadas 120° uma da outra.

VAN

= VAN

/_0° (V)

VBN

= VBN

/_-120° ( V)

VCN

= VCN

/_-240° ou /_120° (V) Figura 1 – Tensões defasadas de 120°

Definimos, para um sistema polifásico simétrico, “seqüência de fase” como sendo a ordem pela qual as tensões das fases passam pelo seu valor máximo. Por exemplo, no sistema trifásico da figura acima, a seqüência de fase é A-B-C, uma vez que as tensões passam consecutivamente pelo valor máximo na ordem A-B-C.

Estas tensões atingem seus valores máximos e mínimos com uma

distância de 1/3 de um período, ou seja, com uma defasagem de 120°, e isto devido ao deslocamento espacial de 120° dos enrolamentos do induzido.

Sendo assim o diagrama fasorial destas tensões é apresentado na figura 2.

Figura 2 - Diagrama fasorial de um sistema trifásico

3- Potências no Sistema TrifásicoAs potências são divididas em três tipos potência aparente (S) , potênciaativa (P) e potência reativa (Q).

S3Ø = Vef1

.Ief1

+Vef2

.Ief2

+ Vef3

.Ief3

→ valores por fase

Para sistema equilibrado

S3Ø = Vef.I

ef=

3 V

f.I

f → valores eficazes por fase

S3Ø = √3.Vl.I

l → valores eficazes por linha

P3Ø = 3 Vf.I

f.cos φ = √3.V

l.I

l.cos φ

Q3Ø = 3 Vf.I

f.sen φ = √3.V

l.I

l.sen φ

sendo que: S = potência aparente (VA), P = potência ativa (W) e Q = potência reativa (VAR).

4.1 - Triângulo de Potências No caso de formas de onda perfeitamente senoidais, P, Q e S podem ser

representados por vetores que formam um triângulo retângulo, também conhecido como triângulo de potências.

A relação entre as potências aparente (S), ativa (P) e reativa (Q) é expressa por:

Figura 5 – Triângulo de potências

Ligação Estrela

Definimos: (1) Tensão de fase: tensão medida entre o centro-estrela e qualquer um

dos terminais do gerador ou da carga;

(2) Tensão de linha: tensão medida entre dois terminais (nenhum deles sendo o "centro-estrela") do gerador ou da carga. Evidentemente, podemos definir a tensão de linha como sendo a tensão medida entre os condutores que ligam o gerador à carga;

(3) Corrente de fase: corrente que percorre cada uma das bobinas do gerador ou, o que é o mesmo, corrente que percorre cada uma das impedâncias da carga;

(4) Corrente de linha: corrente que percorre os condutores que interligam o gerador à carga (exclui-se o neutro).

Ligação em Triângulo

FATOR DE POTÊNCIA O fator de potência (FP) de um sistema elétrico qualquer, que está

operando em corrente alternada (CA), é definido pela razão da potência real ou potência ativa pela potência total ou potência aparente.

Ondas de tensão (V) e corrente (I) em fase. A carga possui característica resistiva (FP=1). Ângulo de fase φ=0°

Em circuitos de corrente alternada (CA) puramente resistivos, as ondas de tensão e de corrente elétrica estão em fase, ou seja, mudando a sua polaridade no mesmo instante em cada ciclo.

Quando cargas reativas estão presentes, tais como capacitores ou condensadores e indutores, o armazenamento de energia nessas cargas resulta em uma diferença de fase entre as ondas de tensão e corrente.

Uma vez que essa energia armazenada retorna para a fonte e não produz trabalho útil, um circuito com baixo fator de potência terá correntes elétricas maiores para realizar o mesmo trabalho do que um circuito com alto fator de potência.

Potência Ativa

A potência ativa é a capacidade do circuito em produzir trabalho em um determinado período de tempo.

Devido aos elementos reativos da carga, a potência aparente, que é o produto da tensão pela corrente do circuito, será igual ou maior do que a potência ativa.

onde Ie é o valor eficaz da intensidade de corrente alternada senoidal, Ve é o valor eficaz da tensão senoidal e φ é o ângulo de fase ou defasagem entre a tensão e a corrente. O termo cosφ é denominado fator de potência.

Se Ie está em ampères e Ve em volts, P estará em watts. Este valor também se chama potência ativa.

Potência Aparente

Potência Reativa

Exemplo resolvidoUma rede trifásica simétrica de tensão de linha 173 V (valoreficaz) alimenta uma carga trifásica em Y com impedância Z=10 Ω /_ 20° por fase. Determinar os valores de potência ativa,reativa, aparente e o fator de potência.

Relembrando:

S3Ø = √3.Vl.I P3Ø = √3.V

l.I

l.cos φ Q3Ø = √3.V

l.I

l.sen φ

Tensão de fase = 173 / √3 ≈ 100 V.

Corrente de fase = 100 / 10 = 10 A = corrente de linha.

Fator de potência cos φ = P/N cos 20° ≈ 0,94. e sen φ ≈ 0,34capacitivo.

Potência aparente S = √3 173 10 ≈ 3 kVA.

Potência ativa P = √3 173 10 0,94 ≈ 2,82 kW.

Potência reativa Q = √3 173 10 0,34 ≈ 1,02 kVAR.

Retificador Trifásico de Meia OndaA estrutura apresentada na figura

pode ser considerada uma associação de três retificadores monofásicos de meia onda. Cada diodo é associado a uma das fases da rede. Nesse tipo de retificador é indispensável o emprego do neutro do sistema de alimentação.

As formas de onda representativas do comportamento da estrutura alimentando uma carga resistiva estão representadas na figura 4.3. Cada diodo do retificador conduz durante um intervalo de tempo que corresponde a 120 graus elétricos da tensão da rede.

Retificador Trifásico de Meia - Onda Controlado

Funcionamento

O valor médio da tensão, corrente e potência de saída varia segundo o ângulo de disparo dos scr’s.

O circuito de comando deve ser tal que permita deslocar os pulsos de disparo em relação ao sistema trifásico de referência (rede).

Este circuito deve enviar 3 pulsos defasados entre si de 120°, podendo-se deslocar cada um desses pulsos de 0° a 180° de uma maneira contínua.