Correntes trifásicas - Introdução

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Segundo teoria do eletromagnetismo, uma tensão alternada de velocidade angular ω pode ser produzida por uma espira (ou bobina de N espiras) que gira com mesma velocidade angular em um campo magnético uniforme. Naturalmente, a recíproca também é verdadeira, isto é, a bobina pode estar fixa e o campo magnético, girante.

Fig 01

Seja um arranjo conforme (a) da Figura 01: um ímã permanente gira com velocidade angular constante ω no interior de um anel circular de material magnético. Em torno do anel, há três bobinas idênticas deslocadas de 120° uma da outra.

Nessa situação, em cada bobina são induzidas tensões alternadas de mesma amplitude e mesma velocidade angular (ou mesma freqüência).

Eletricamente, podem ser vistas como três fontes de tensão CA, como em (b) da figura.

Entretanto, devido ao deslocamento angular de 120° das bobinas, as tensões geradas têm idênticas diferenças de fase. Considerando fase nula a tensão v_A, pode-se escrever as relações básicas:

Fig 02

v_A = V_p cos (ωt).
v_B = V_p cos (ωt − 120).
v_C = V_p cos (ωt − 240) #A.1#.

Onde V_p é o valor de pico (é também usual a designação de valor máximo V_m).

As tensões geradas têm, portanto, a forma de senóides de mesma amplitude e deslocadas de 120° no eixo horizontal conforme representação gráfica em (a) da Figura 02.

Considerando V o valor eficaz, isto é, V = V_p/√2, a representação com fasores das tensões geradas é:

VA = V /_ 0°

VB = V /_ −120°

VC = V /_ −240°

#B.1#

Em termos de vetores, os fasores acima são representados na Figura 02 (b). Pode-se facilmente deduzir que a soma dessas tensões é nula em cada instante.

V_A + V_B + V_C = 0.

A seqüência de fases é definida pela ordem de passagem das tensões pelo valor de pico. No exemplo dado, a seqüência ABC (que também pode ser BCA e CAB) é denominada seqüência direta (ou positiva) porque os valores máximos ocorrem nessa ordem. O contrário ACB (que também pode ser CBA ou BAC) é denominado seqüência inversa (ou negativa).

Aqui foi apresentado, portanto, o processo básico de produção de tensões (e, por conseqüência, correntes) alternadas trifásicas.

A geração e a distribuição de energia elétrica é feita quase sempre com correntes alternadas por motivos bem conhecidos. Máquinas (geradores e motores) são mais simples e os níveis de tensões e correntes podem ser facilmente ajustados por meio de transformadores de forma a minimizar as perdas de transmissão.

O uso de correntes trifásicas em vez de uma fase simples torna o sistema ainda melhor. A quantidade (massa) total de material condutor é menor para a mesma potência transmitida por uma corrente monofásica. Motores trifásicos têm torque de partida não nulo, dispensando dispositivos especiais como capacitores. A potência instantânea entregue pelas três fases é constante. Esses são provavelmente os aspectos determinantes para o uso de sistemas de geração e distribuição trifásicos.

Conforme já comentado, pode-se considerar o gerador trifásico um conjunto de três fontes com diferenças de fase de 120° entre si. Por outro lado, pode-se também supor que as cargas trifásicas sejam equivalentes a três cargas simples. Genericamente, três impedâncias. Nos próximos tópicos são examinadas as configurações básicas dos circuitos trifásicos comuns.

Obs: salvo indicação em contrário, os sistemas são presumidamente simétricos e equilibrados, isto é, as tensões de cada fase têm o mesmo valor de pico e mesma diferença de fase (120°) e as impedâncias de carga para cada fase são iguais. Os condutores são supostamente ideais, sem resistências elétricas, indutâncias ou capacitâncias.