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Sistema trifasico
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[[Imagem:Pylônes électriques 6107.jpg|thumb|250px|Linhas de transmissão trifásicas]]
: 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
 
O '''sistema trifásico''' é a forma mais comum da [[Geração de energia elétrica|geração]], [[Transmissão de energia elétrica|transmissão e distribuição de energia elétrica]] em [[corrente alternada]]. Este sistema incorpora o uso de três ondas [[seno]]idais balanceadas, defasadas em 120 [[grau]]s entre si, de forma a balancear o sistema, tornando-a muito mais eficiente ao se comparar com três sistemas isolados. As máquinas elétricas trifásicas tendem a ser mais eficientes pela utilização plena dos [[circuito magnético|circuitos magnéticos]]. As [[Linha de transmissão|linhas de transmissão]] permitem a ausência do neutro, e o acoplamento entre as fases reduz significantemente os [[campo eletromagnético|campos eletromagnéticos]]. Finalmente, o sistema trifásico permite a flexibilidade entre dois níveis de tensão.
;
 
<nowiki> </nowiki>{{Referências|Notas e referências}}▼
O sistema responsável pelo transporte de [[energia elétrica]] das unidades geradoras para as unidades consumidoras é composta basicamente por três subsistemas:
 
; Sistema de geração de energia: Composta pelos elementos responsáveis pela conversão da energia de alguma fonte primária em energia elétrica e quaisquer outros componentes das unidades de geração.
; Sistema de transmissão: Composta pelos elementos responsáveis pelo transporte da energia obtida dos vários sistemas de geração para o(s) sistema(s) de distribuição interligados pelo sistema de transmissão.
 
; Sistemas de distribuição: Composta pelos elementos responsáveis pela adequação da energia para o uso de consumidores de grande, médio e pequeno porte.
A transmissão de energia elétrica é feita por meio de um sistema de [[transformador]]es e [[condutor elétrico|condutores]] elétricos também chamados de [[linhas de transmissão]] os quais transmitem a energia elétrica gerada nas unidades geradoras para as unidades consumidoras ou cargas.
 
O sistema de transmissão permite que a [[tensão eléctrica]] proveniente dos terminais dos [[gerador]]es localizados nas unidades de geração alcance a alimentação das unidades de consumo atendidas pelo sistema.
 
Nos primórdios da implementação do sistema de transmissão de energia de longa distância, graças ao avanço tecnológico principalmente devido ao trabalho de [[Nikola Tesla]] foi utilizado o sistema [[corrente alternada|alternado]] para as tensões e correntes, de forma a permitir o transporte de energia a longas distâncias sem perdas significativas a ponto de inviabilizar o processo.
 
Para a geração de tensões e correntes alternadas, utiliza-se [[Gerador Síncrono|geradores síncronos]] ou de [[gerador de indução|indução]] que em teoria poderiam fornecer qualquer número de sinais de tensões e correntes alternadas igualmente defasadas entre si dependendo da construção dos [[gerador]]es.
 
Por questões de praticidade, econômicas (economia de material) e técnicas (qualidade da energia fornecida), optou-se por utilizar o sistema trifásico.
 
== Definição ==
Os sistemas trifásicos de [[energia elétrica]] são compostos de 3 [[corrente alternada|tensões alternadas]], no qual a energia elétrica é transmitida por meio da composição dos três sinais de tensão defasados de <math>\frac{2\pi}{3}</math> radianos (120°,1/3 de um ciclo).
 
A cada sinal de tensão alternada utilizado no sistema atribui-se o nome de fase, e portanto no sistema com 3 sinais temos um sistema '''tri'''fásico
 
Originalmente o sistema é projetado para fornecer sinais de tensão [[seno]]idais no tempo, mas com o aumento das cargas eletrônicas (não [[lineares]]) a forma de onda do sinal de tensão sofre deformações o que causa o surgimento de [[harmônicos]] no sinal de tensão.
 
== Configuração variável e definições básicas ==
Ao se trabalhar com sistemas trifásicos, é comum se definir algumas variáveis relacionadas a tensão e a corrente, para facilitar o cálculo da [[potência]] elétrica transmitida. Considerando um sistema trifásico com uma distribuição [[simetria|simétrica]] de cargas nas 3 fases<ref name="notas">se observarmos o comportamento da tensão e corrente em uma das fases, o comportamento nas outras fases será identico, exceto pela defasagem de <math>\mathbf{\frac{2\pi}{3}}</math> radianos para cargas puramente resistivas e equilibradas</ref> e supondo que as formas de onda da tensão são [[seno]]idais temos:
 
Definindo
 
: <math>x = 2\pi f t = \omega t\,</math>
 
onde <math>t</math> é o [[tempo]], <math>f</math> a [[freqüência]] e <math>\omega</math> a [[velocidade angular]].
 
Utilizando <math>x</math>, as formas de onda para sistemas trifásicos são:
 
: <math>V_{a}= \sqrt{2} v \sin x ,\!</math>
 
: <math>V_{b}= \sqrt{2} v \sin \left(x-\frac{2 \pi}{3}\right)</math>
 
: <math>V_{c}= \sqrt{2} v \sin \left(x-\frac{4\pi}{3}\right)</math>
 
onde <math>\mathbf{v}</math> é [[valor eficaz]] dos sinais de tensão.
 
Quando se mede as tensões que estão aplicadas diretamente sobre as cargas temos o sinal de ''''tensão de fase''''.
<math>\mathbf{V_{a}}</math>, <math>\mathbf{V_{b}}</math> e <math>\mathbf{V_{c}}</math> são as tensões de fase.
 
=== Ligação Estrela e 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.
 
<gallery>
Image:AC star connection.svg|Estrela (símbolo: '''Y''')
Image:AC delta connection.svg|Triângulo ou delta (símbolo: '''&Delta;''')
</gallery>
 
Na conexão estrela podemos calcular o [[valor eficaz]] das ''''tensões de linha'''' a partir dos [[valor eficaz|valores eficazes]] das ''''tensões de fase'''':
<center><math>V_{lin}^{ab} = \sqrt{3} v_{fas}^{a} </math></center>
E 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.
E os [[valor eficaz|valores eficazes]] das ''''correntes de linha'''' podem ser calculadas com os valores eficazes das ''''correntes de fase'''':
 
<center><math>I_{lin}^{a} = \sqrt{3} I_{fas}^{a} </math></center>
Pressupondo um sistema balanceado, que nem sempre ocorre na prática.
 
=== Transferência de potência constante ===
Uma propriedade importante do sistema trifásico é que a potência disponível para uma carga, <math>\scriptstyle P = V I = \frac{V^2}R</math> , é constante no decorrer do tempo (válido para sistemas simétricos).
 
: <math>\begin{align}
P_{Li} &= \frac{V_{Li}^{2}}{R}\\
P_{TOT} &= \sum_i P_{Li}
\end{align}</math>
 
Para simplificar o cálculo, definimos uma variável intermediária adimensional:
 
<math>\scriptstyle p = \frac{P_{TOT} R}{V_P^2}</math>
 
: <math>p=\sin^{2} x+\sin^{2} \left(x-\frac{2}{3} \pi\right)+\sin^{2} \left(x-\frac{4}{3} \pi\right)=\frac{3}{2}</math>
 
Assim, substituindo: <math>P_{TOT}=\frac{3 V_P^2}{2R}</math>
 
Como o <math>x</math> foi eliminado, observa-se que a potência total não varia com o tempo. Essa propriedade é essencial para manter grandes motores e geradores rodando suavemente.
 
== Modelagem de sistemas trifásicos ==
Um sistema trifásico genérico pressupõe, no mínimo, o triplo de trabalho para modelar o circuito de cada fase e as interações entre eles. Um método de estudo consagrado são as [[componentes simétricas]], no qual um circuito trifásico pode ser decomposto em três circuitos monofásicos. Cada circuito representa uma componente: zero, positiva e negativa (ou homopolar, direta e inversa).
 
Esta modelagem é usada em estudos de sistemas de potência, com as grandezas frequentemente representadas em [[Sistema por unidade|pu]].
 
▲<nowiki> </nowiki>{{Referências|Notas e referências}}
 
{{esboço-ciência}}
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