Corrente alternada trifásica

Atualmente, é o sistema de corrente alternada trifásica mais comum em todo o mundo.

Um circuito elétrico trifásico é chamado de sistema composto por três circuitos nos quais operam correntes alternadas, EMF da mesma frequência, defasadas entre si em 1/3 do período (φ = 2π/ 3). Cada circuito individual de tal sistema é brevemente chamado de fase, e o sistema de três correntes alternadas defasadas em tais circuitos é simplesmente chamado de corrente trifásica.

Quase todos os geradores instalados em nossas usinas são geradores de corrente trifásica... Em essência, cada um desses geradores é uma conexão em uma máquina elétrica de três alternadores, projetados de forma que o induzido neles CEM deslocados um em relação ao outro em um terço do período, conforme mostrado na fig. 1.

Arroz. 1. Gráficos da dependência temporal da EMF induzida nos enrolamentos da armadura de um gerador de corrente trifásico

Como esse gerador é implementado é fácil de entender pelo circuito da fig. 2.

Arroz. 2. Três pares de fios independentes conectados a três armaduras de um gerador de corrente trifásico alimentam a rede de iluminação

Existem três armaduras independentes localizadas no estator de uma máquina elétrica e deslocadas por 1/3 de um círculo (120O). Um indutor comum a todas as armaduras gira no centro da máquina elétrica mostrada no diagrama na forma ímã permanente.

Em cada bobina um EMF alternado é induzido mesma frequência, mas os tempos em que essas fems passam por zero (ou pelo máximo) em cada uma das bobinas serão deslocados em 1/3 de um período em relação um ao outro porque o indutor passa por cada bobina 1/3 de um período depois do anterior.

Cada enrolamento de um gerador trifásico é um gerador de corrente independente e fonte de energia elétrica. Conectando os fios nas extremidades de cada um conforme a fig. 2, teríamos três circuitos independentes, cada um dos quais poderia alimentar certos receptores elétricos, por exemplo lâmpadas elétricas.

Neste caso, para transferir toda a energia que é absorvida receptores elétricos, serão necessários seis fios. No entanto, é possível conectar os enrolamentos de um gerador de corrente trifásico de forma que eles lide com quatro ou até três fios, ou seja, economize significativamente a fiação.

A primeira dessas formas é chamada de conexão em estrela (Fig. 3).

Arroz. 3. Sistema de fiação de quatro fios ao conectar um gerador trifásico com uma estrela. As cargas (grupos de lâmpadas elétricas I, II, III) são alimentadas com tensões de fase.

Chamaremos os terminais das bobinas 1, 2, 3 de início, e os terminais 1', 2', 3' de finais das respectivas fases.

A conexão das estrelas é que conectamos as pontas de todos os enrolamentos a um ponto do gerador, que é chamado de ponto zero ou neutro, e conectamos o gerador aos receptores de eletricidade com quatro fios: três chamados lineares fios vindos do início dos enrolamentos 1, 2, 3 e fio neutro ou neutro saindo do ponto zero do gerador. Este sistema de fiação é chamado de quatro fios.

As tensões entre o ponto zero e a origem de cada fase são chamadas de tensões de fase, e as tensões entre a origem dos enrolamentos, ou seja, os pontos 1 e 2, 2 e 3, 3 e 1, são chamadas de linha... Fase as tensões geralmente significam U1, U2, U3 ou na forma geral Uf e tensão de linha - U12, U23, U31 ou na forma geral Ul.

Entre amplitudes ou valores médios tensão de fase e linha ao conectar os enrolamentos do gerador com uma estrela, há uma relação Ul = √3Uf ≈ 1,73Ue

Assim, por exemplo, se a tensão de fase do gerador for Uf = 220 V, ao conectar os enrolamentos do gerador em uma estrela, a tensão da linha Ul é 380 V.

No caso de carregamento uniforme das três fases do gerador, ou seja, com correntes aproximadamente iguais em cada uma delas, a corrente no fio neutro é zero... Portanto, neste caso, você pode retirar o fio neutro e mude para um sistema de três fios ainda mais econômico. Nesse caso, todas as cargas são conectadas entre os pares correspondentes de condutores de linha.

Em uma carga desequilibrada, a corrente no condutor neutro não é zero, mas geralmente é menor que a corrente nos condutores de linha. Portanto, o fio neutro pode ser mais fino que o fio de linha.

Ao operar em corrente alternada trifásica, eles se esforçam para tornar a carga nas diferentes fases o mais igual possível.É por isso que, por exemplo, ao organizar a rede de iluminação de uma grande casa com um sistema de quatro fios, um fio neutro e um dos lineares são introduzidos em cada apartamento de forma que, em média, cada fase tenha aproximadamente o mesmo carregar.

Outra maneira de conectar os enrolamentos do gerador, que também permite a fiação de três fios, é a conexão delta mostrada na fig. 4.

Arroz. 4. Diagrama de conexão dos enrolamentos de um gerador trifásico com um triângulo

Aqui, o final de cada bobina é conectado ao início da próxima, formando um triângulo fechado, e os fios da linha são conectados aos vértices desse triângulo - pontos 1, 2 e 3. Quando conectados a um triângulo, a tensão de linha do gerador é igual à sua tensão de fase: Ul = Ue.

Portanto, mudar os enrolamentos do gerador de estrela para delta leva a uma diminuição na tensão da rede em √3 ≈ 1,73 vezes... A conexão em delta também é permitida apenas com a mesma ou quase a mesma carga de fase. Caso contrário, a corrente no circuito fechado dos enrolamentos será muito forte, o que é perigoso para o gerador.

Ao usar corrente trifásica, receptores separados (cargas) alimentados por pares de fios separados também podem ser conectados em estrela, ou seja, de modo que uma extremidade deles seja conectada a um ponto comum e as outras três extremidades livres sejam conectados aos fios de linha da rede ou com um triângulo, ou seja, para que todas as cargas sejam conectadas em série e formem um circuito comum, aos pontos 1, 2, 3 dos quais os fios lineares da rede são conectados.

Na fig. 5 mostra a conexão em estrela de cargas com um sistema de fiação de três fios e na fig.6 — com sistema de fiação a quatro fios (neste caso, o ponto comum de todas as cargas é conectado ao fio neutro).

Na fig. 7 mostra um diagrama de conexão de carga delta para um sistema de fiação de três fios.

Arroz. 5. Conexão em estrela de cargas com sistema de fiação de três fios

Arroz. 6. Conexão em estrela de cargas com sistema de fiação de quatro fios

Arroz. 7. Conexão delta de cargas com um sistema de fiação de três fios

Na prática, é importante considerar o seguinte. Quando as cargas são conectadas em delta, cada carga está abaixo da tensão de linha, e quando conectada em estrela, sob tensão √3 vezes menos. Para o caso de um sistema de quatro fios, isso fica claro na fig. 6. Mas o mesmo acontece com um sistema de três fios (Fig. 5).

Aqui, entre cada par de tensões de linha, duas cargas são conectadas em série, cujas correntes são defasadas em 2π/3. A tensão em cada carga é igual à tensão de rede correspondente dividida por √3.

Assim, ao alternar cargas de estrela para delta, as tensões em cada carga e, portanto, a corrente nela aumentam √3 ≈ 1,73 vezes. Se, por exemplo, a tensão de linha de uma rede a três fios for de 380 V, então, quando conectada em estrela (fig. 5), a tensão de cada uma das cargas será igual a 220 V e, quando conectada a um triângulo (fig. 7) será igual a 380 V.

Informações de um livro de física editado por G.S. Landsberg foram utilizadas na elaboração do artigo.