AULA 15 - Circuitos 2 - Engenharia

Modificado de [1]

Circuitos Polifásicos

Enquanto num circuito monofásico existe apenas uma fonte de energia A.C. ou várias fontes fornecendo energia em fase à carga, nos circuitos polifásicos existem 2 ou mais fontes de tensão iguais com diferenças nas fases fixas, i.e., iguais em amplitude mas simétricas nas fases, fornecendo energia às cargas ligadas em linha.

A geração e transmissão de energia elétrica é mais eficiente em sistemas polifásicos que empregam combinações de 2, 3 ou mais tensões sinusoidais.

Circuito Trifásico Equilibrado

É constituído por 3 tensões sinusoidais possuindo amplitudes e frequências iguais, com desafamento de 120º entre si.

Vaa’ + Vbb’ + Vcc’ =0 

Tensão composta

Redes Trifásicas

O sistema de produção, transporte e distribuição de energia elétrica tem a seguinte constituição:

Nas centrais há geradores de corrente alternada (acionadas por turbinas hidráulicas ou máquinas térmicas). Nas grandes usinas geradoras o nível de tensão na saída dos geradores está normalmente na faixa de 6 a 25 kV.

Para poder ser transmitida, a tensão produzida é, então, elevada. As tensões usuais de transmissão adotadas no Brasil, em corrente alternada, podem variar de 138 kV até 765 kV, incluindo neste intervalo as tensões de 230 kV, 345 kV, 440 kV e 500 kV.

O transporte de energia elétrica é feita pelas linhas de alta tensão até às subestações, situadas junto dos centros consumidores.

Os sistemas ditos de subtransmissão contam com níveis mais baixos de tensão, tais como 34,5 kV, 69 kV ou 88 kV e 138 kV e alimentam subestações de distribuição, cujos alimentadores primários de saída operam usualmente em níveis de 13,8 kV.

Junto aos pequenos consumidores existe uma outra redução do nível de tensão para valores entre 110 V e 440 V, na qual operam os alimentadores secundários. Nas cidades, há redes de cabos aéreos e subterrâneos que transportam a energia até aos pontos de transformação onde a tensão é reduzida a 110V ou 220V, para alimentar instalações de baixas tensão.

Cada posto de transformação alimenta um grande consumidor, fábrica, ou um grupo de pequenos consumidores, conjunto de edifícios residenciais.

O transporte da energia elétrica é feito em alta tensão para reduzir as perdas: P = Vef. Ief. cosϕ .

Para a mesma potência, se a tensão for maior, a corrente é menor, logo as perdas nos condutores, Ief². R, são menores.

O sistemas de produção, transporte e distribuição de energia elétrica constitui uma rede trifásica, com várias vantagens:

• Usam-se apenas 3 ou 4 condutores (fase 1,2,3, neutro) em vez de 6 (no caso de 3 redes monofásicas separadas)
• Nos geradores e motores o binário é constante (ausência de vibração)
• Motores e geradores são mais simples.

Um gerador trifásico simétrico é equivalente a um conjunto de três geradores iguais cujas tensões estão desfasadas de (120º) 2π/3:

As tensões compostas são as tensões entre as fases v12, v23, v13, como se indica nos seguinte diagrama vetorial.

O valor eficaz das tensões compostas v∆ef é V ef Vef 3Vef ∆ = 2 cos(π / 6) = . P. Ex: na rede de distribuição em baixa tensão, a tensão simples é Vef=220V e a tensão composta V∆ef=380V. Uma carga trifásica simétrica é constituída por 3 impedâncias iguais: jϕ Z = Z = Z = Ze 1 2 3 . Se o gerador e a carga forem simétricos,as correntes são iguais e desfasadas de 120º:

Numa rede trifásica simétrica tem-se, assim, i1+ i2 +i3=0 6 A potência fornecida pelo gerador à carga é: 1 1 2 2 3 3 p(t) = v i + v i + v i Se a rede trifásica fôr simétrica, potência instantânea é constante: p(t) = 3Vlinha,ef I ef cosϕ

EXEMPLO: Um sistema trifásico a 4 condutores, (tensão composta V∆ef = 208V) alimenta uma carga em estrela equilibrada, constituída por impedâncias 20∠−30º . Calcular as correntes da linha e a potência fornecida pelos geradores.