Aula 03 Tensão e Corrente El. Alt. Trifásica[1]

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Tensão e Corrente Elétrica Alternada Trifásica 
1. INTRODUÇÃO 
A principal aplicação dos circuitos trifásicos encontra-se na distribuição da energia elétrica pela 
companhia de distribuição. É comprovado que a melhor forma de produzir, transmitir e 
consumir energia elétrica é usando circuitos trifásicos. 
Há dois motivos pelos quais é recomendado utilizar a energia trifásica com relação à 
monofásica: 
• A potencia em kVA de um motor trifásico é aproximadamente 150% maior que a de um 
motor monofásico. 
• Em um sistema trifásico balanceado, os condutores somente requerem 75% do 
tamanho que precisaria um sistema monofásico com a mesma potencia em VA, pelo 
qual diminui os custos; por conseguinte, justifica o terceiro condutor. 
Neste capítulo serão tratadas as configurações de um sistema trifásico, as suas relações com a 
tensão e corrente e o seu comportamento com a distribuição de carga. 
2.GERAÇÃO DE TENSÃO TRIFÁSICA 
O fornecimento total da energia elétrica é realizado por meio de uma rede de corrente 
alternada com três fases, normalmente conhecida como rede de corrente trifásica. 
A energia elétrica gera-se com geradores de corrente trifásica. Um gerador de corrente trifásica 
tem um campo magnético muito simples dentro do qual giram três bobinas distribuídas 
simetricamente. A simetria é garantida por meio de uma distribuição espacial das bobinas em 
120º. 
Na figura a seguir representa-se o princípio de funcionamento muito simplificado de um 
gerador trifásico de corrente alternada. Esta figura mostra o sentido da corrente em cada uma 
das bobinas, bem como o seu sentido de giro e a polaridade do campo magnético. 
 
 
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Outra forma simplificada de gerar tensão alternada trifásica é girando um ímã ao redor de 3 
bobinas fixas, distribuídas espacialmente em 120º, como indicado na figura a seguir. 
 
O resultado do movimento giratório do ímã, com velocidade constante, são três tensões 
alternadas monofásicas, completamente independentes, de igual amplitude e igual frequência. 
Na figura seguir mostra-se um sistema trifásico aberto com os diagramas lineares 
correspondentes às tensões de fase. 
 
Como o campo magnético do rotor (ímã) atravessa as bobinas com o seu valor máximo em 
intervalos de 120º entre cada uma delas, as três bobinas formam as chamadas fases da 
máquina – daí o nome de trifásico. Em cada fase gera-se uma tensão, chamada tensão de fase. 
Sentido da 
Rotação 
120° 240° 360° 
 
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Devido à distribuição simétrica das bobinas e do sentido da rotação dada, produz-se um 
deslocamento de fases de 1/3 T ou, ainda, 120º entre as tensões individuais de fase. Por isso, 
somente em 120º ocorre a máxima amplitude positiva de u2 e em 240º a amplitude positiva de 
u3. 
Observe na figura os terminais da bobina do gerador: U, V e W, onde o início da bobina 
identifica-se com “1” e os finais das bobinas com “2”. Neste caso, para conduzir a energia 
elétrica produzida são necessários seis condutores (desde U1, U2, V1, V2, W1 e W2). 
Este número de seis condutores pode ser reduzido se forem ligados, conectados ou acopladas 
entre si, de forma adequada, as três bobinas. 
3. CONEXÕES ESTRELA-TRIÂNGULO 
As conexões estrela-triângulo são determinadas pela forma como são conectadas as bobinas de 
um gerador, motor ou transformador de fornecimento de energia, podendo, no caso da 
conexão estrela, ter acesso ao neutro. 
3.1 CONEXÃO ESTRELA 
A conexão estrela ocorre quando os extremos de cada fase são unidos formando o terminal 
neutro (N), como mostrado na figura seguinte: 
 
Os sistemas trifásicos, em estrela, podem ser formados por 3 condutores (R, S, T) ou por 4 
condutores (R, S, T, N). A vantagem do condutor neutro é que permite dispor de dois níveis de 
tensão (tensão de linha e de fase), como se verá a seguinte. 
Outra vantagem do condutor neutro é que mantém mais simétricas as tensões frente à 
presença de cargas desbalanceadas daquele sistema que não conta com neutro. 
Um sistema trifásico caracteriza-se por contar com: 
TENSÃO DE FASE: É a tensão induzida nos extremos de cada bobina (VUN, VVN e VWN). 
TENSÃO DE LINHA: É a tensão entre fase e fase (VUW, VWV e VVU). 
 
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RELAÇÕES DE TENSÃO E CORRENTE EM UMA CONEXÃO ESTRELA 
Por comodidade, chamaremos VF a tensão de fase e VL a tensão de linha para determinar a sua 
relação: 
 
Neste caso, a corrente é a mesma tanto na fase quanto na linha. 
 
VUN 
 
 VWN 
VVN 
 
VUW 
VVU 
VWV 
VUN , VVN , VWN 
VUW , VWN , VVU 
 VL VF 
 VL VF 
 VF 
 VF 
 
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3.2 CONEXÃO TRIÂNGULO 
Se for unido o final de cada fase com o começo da seguinte, por exemplo, obtém-se a conexão 
em triângulo. Neste tipo de conexão não há um ponto comum para as três bobinas; portanto, a 
conexão em triângulo não tem neutro. 
 
CORRENTE DE FASE: É a corrente que circula por cada bobina. 
CORRENTE DE LINHA: É a corrente que sai de cada terminal. 
 
RELAÇÕES DE TENSÃO E CORRENTE EM UMA CONEXÃO TRIÂNGULO 
Da figura a seguir podemos deduzir: 
�� = ��� − ��� fasorialmente, se chamamos IF a corrente de fase e IL a corrente de linha: 
 
Por relações trigonométricas obtém-se a fórmula mostrada anteriormente. 
Com relação às tensões, cumpre-se: 
 
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A seguir, será apresentado na tabela um resumo das relações de tensões, correntes e potências 
nas conexões trifásicas. 
 
 
 
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4. CIRCUITOS BALANCEADOS E DESBALANCEADOS 
Em todo sistema trifásico é possível utilizar as três fases para alimentar uma carga, como, por 
exemplo, um motor trifásico, ou conectar uma ou duas fases quaisquer para o caso de cargas 
monofásicas. Dependendo da forma como for disposta a carga nas três fases, podemos definir 
se o sistema está balanceado ou desbalanceado. 
4.1 CIRCUITO BALANCEADO 
Diz-se que um circuito está balanceado quando as correntes que passam pelas três fases são 
aproximadamente as mesmas. Para tanto é necessário dispor as cargas nas três fases de igual 
potencia. 
Recomenda-se manter os circuitos trifásicos sob esta situação para evitar problemas 
posteriores, como quedas de tensão desiguais e correntes pelo condutor neutro. 
Nas seguintes figuras podem ser apreciados circuitos trifásicos de três fios, balanceados, onde 
foram conectadas três cargas monofásicas de 1 kW cada uma, de forma simétrica, obtendo-se 
as correntes IR = IS = IT. 
 
 
 
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4.2 CIRCUITO DESBALANCEADO 
Diz-se que um circuito está desbalanceado quando as correntes que passam pelas três fases são 
diferentes, em consequência de instalar cargas de diferentes potências entre fases. 
Para atenuar os problemas produzidos pelo desbalanceamento recomenda-se dimensionar 
adequadamente o condutor neutro. 
Nas figuras a seguir apresentam-se circuitos desbalanceados, onde foram conectadas três 
cargas monofásicas de 1, 3 e 5 kW em diferentes fases, obtendo-se correntes IR ≠ IS ≠ IT.