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Correntes Alternadas XVII

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Tópicos: Correntes Trifásicas - Introdução |

1) 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. A recíproca também é verdadeira, isto é, a bobina pode estar fixa e o campo magnético, girante.

Seja um arranjo conforme (a) da Figura 1-I: 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 entre si de 120°. Nessa situação, em cada bobina são induzidas tensões alternadas de mesma amplitude e mesma velocidade angular (ou mesma frequência). Eletricamente, podem ser vistas como três fontes de tensão CA, como em (b) da figura.

Geração simplificada de corrente trifásica
Fig 1-I

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

$$v_A = V_p \cos(\omega t)\\v_B = V_p \cos(\omega t-120)\\v_C = V_p \cos(\omega t-240) \tag{1A}$$
Onde Vp é o valor de pico (é também usual a designação de valor máximo Vm).

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 1-II. Considerando V o valor eficaz, isto é, V = Vp/√2, a representação com fasores das tensões geradas é:

$$V_A = V \angle 0°\\V_B = V \angle -120°\\V_C = V \angle -240° \tag{1B}$$
Tensões trifásicas
Fig 1-II

Em termos de vetores, os fasores são representados na Figura 1-II (b). Pode-se deduzir que a soma dessas tensões é nula em cada instante, VA + VB + VC = 0

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

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 ajustados por meio de transformadores de forma a reduzir as perdas de transmissão.

O uso de correntes trifásicas em vez de uma fase simples adiciona vantagens. A quantidade 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.
Referências
Brophy, James J. Basic Electronics for Scientists. McGraw-Hill, 1977.
Giek, Kurt. Manual de Fórmulas Técnicas. São Paulo, Hemus.
Halliday, David. Resnik, Robert. Física. Rio, Ao Livro Técnico, 1970.
Hyperphysics. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
US Navy. Basic Electronics. Hemus, 1976.

Topo | Rev: Jun/2018