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Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 1 de 18 Circuitos polifásicos – Conceitos básicos 0 90 180 270 360 450 540 630 720 -100 -50 0 50 100 o90−= φVV BN 0φVV AN = + + N 0φVV AN = o90−= φVV BN ω Sistema bifásico 0 120 240 360 480 600 720 -100 -50 0 50 100 o120−= φVV BN 0φVV AN = + + N 0φVV AN = ω o120φVV CN = + o120φVV CN = o120−= φVV BN Sistema trifásico Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 2 de 18 Seqüência de fase – seqüência em que as fases atingem o valor máximo Fase – Elementos/dispositivos dos ramos que constituem o circuito polifásico Neutro – Referência de tensão – Condutor de retorno das fases (nem sempre presente) 0φVV AN = ω o120φVV BN = o120−= φVV CN 0φVV AN = ω o120φVV CN = o120−= φVV BN ABC – BCA – CAB ACB – CBA –BAC Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 3 de 18 Sistemas Simétricos/Assimétricos ANV ωCNV BNV α α α o o 120 3 360 ==α φVVVV CNBNAN === Simétrico ANV ωCNV BNV α α α βα ≠BNAN VV ≠ ANV ωCNV BNV α β Assimétrico Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 4 de 18 Tensão de fase/linha Tensão de fase entre fase e neutro (referência de tensão) Tensão de linha entre os condutores das linhas (fases) 12V NV 2 NV 1Sistema Polifásico nφ COM Neutro nNV 1φ . . . + NV 2 NV 1 – + – + – + – + – + – Tensões de Fase Tensões de Linha 2φ nφ N Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 5 de 18 Para sistemas trifásicos simétricos Tensões de Fase (φ): ANV ωCNV BNV CNBNAN VVV ;; ABV BCV CAV ANV ω CNV BNV ABV BCV CAV Tensões de Linha (L): CABCAB VVV ;; CACBBA VVV ;; BAV CBV ACV φVVL 3= Exercício: Verificar a(s) relação(ões) entre a(s) tensão(ões) de linha e a tensão de fase para um sistema hexafásico. Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 6 de 18 Ligações estrela/malha 1φ 2φ nφ Sistema Polifásico nφ com ou sem Neutro . . . N 1Z 2Z nZ O 1I 2I nI 1φ 2φ nφ 3φ Sistema Polifásico nφ com ou sem Neutro N 12Z . . . 23Z ( )nnZ 1− 1nZ 1I 2I 3I nI Malha/∆∆∆∆Estrela/Y Carga equilibrada – fases idênticas nY ZZZZ ==== K21 12312 nZZZZ ====∆ K Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 7 de 18 Equivalência estrela/malha Ligação em malha – corrente da linha 1φ : ( ) ( )nNNNnNNNNn VVV Z VVVV ZZ V Z VI −−=−+−=+= ∆∆∆∆ ∆ 21121 112 1 211 Fazendo n o360 =θ : 01 φVV N = θφ −=VV N2 θφVV nN = ( ) ( ) [ ]θθθθθ φφφφφ cos121120211 −=−−−=−−−⋅= ∆∆∆ ∆ Z V Z V VVV Z I Ligação em estrela – corrente da linha 1φ : YYY N Y Z V Z V Z VI φ φ === 0 1 1 Cargas equivalentes se YII 11 =∆ : [ ] [ ] YY ZZZ V Z V 1 cos12cos1 2 =−⇒=− ∆∆ θθ φφ [ ]θcos12 −=∆ YZZ Para sistema trifásico ( )3=n : [ ] ( )[ ]2112120cos123360cos12 −∆ −=−= −= YYY ZZZZ o YZZ 3=∆ Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 8 de 18 Aφ Bφ Cφ Sistema Trifásico 3φ COM Neutro N AZ BZ CZ AI BI CI NI Sistema Aφ mais Neutro Sistema Bφ mais Neutro Sistema Cφ mais Neutro Aφ AZ AI 1 NI Bφ BZ BI 2 NI Cφ CZ CI 3 NI 1N 2N 3N 321 NNNCBAN IIIIIII ++=−−−= Circuitos equivalentes monofásicos Ligação ESTRELA/Y Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 9 de 18 Aφ Bφ Cφ Sistema Trifásico 3φ com ou sem Neutro N ABZ BCZ CAZ AI BI CI NI Sistema Aφ mais Bφ Sistema Bφ mais Cφ Sistema Cφ mais Aφ 1 Aφ ABZ 1 AI 1 BI 2 Bφ BCZ 2 BI 2 CI 3 Cφ CAZ 3 CI 3 AI 1 Bφ 2 Cφ 3 Aφ 32 21 31 CCC BBB AAA III III III += += += Circuitos equivalentes monofásicos Ligação MALHA/∆∆∆∆ Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 10 de 18 Corrente de fase ( φI ) / Corrente de linha ( LI ) O 1φ 2φ nφ Sistema Polifásico nφ com ou sem Neutro . . . N 1Z 2Z nZ 1φI 2φI nI φ 1LI 2LI LnI NI φ φ φ φ II II II II L nLn L L = = = = M 22 11 ESTRELA 1φ 2φ nφ 3φ Sistema Polifásico nφ com ou sem Neutro N 12Z . . . 23Z ( )nnZ 1− 1nZ 12φI 1LI 2LI 3LI LnI 23φI ( )nnI 1−φ 1n I φ ( )nnnLn L L nL III III III III 11 23343 12232 1121 − −= −= −= −= φφ φφ φφ φφ M MALHA Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 11 de 18 Técnicas de resolução de circuitos Considerar modo de ligação dos componentes (Y/∆∆∆∆) Estrela com neutro – dividir em n circuitos monofásicos Estrela sem neutro – relações (V/I) dependem de ONV 1φ 2φ nφ . . . N 1Z 2Z nZ O 1I 2I nI NV 1 + NV 2 + nNV + n ONnN n ONN ONN Z VVI Z VVI Z VVI − = − = − = M 2 2 2 1 1 1 Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 12 de 18 Determinação de ONV – equivalente de Norton NV 1 + 1Z 1I NV 2 + 2Z 2I nNV + nZ nI O N + – ONV . . . SCI NORTONZ O N + – ONV NORTONSCON ZIV = n nNNN SC Z V Z V Z VI +++= K 2 2 1 1 nNORTON ZZZZ ////// 21 L= Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 13 de 18 Malha – obtida diretamente 1φ 2φ nφ 3φ 12Z . . . 23Z ( )nnZ 1− 1nZ 1I 2I 3I nI NV 1 + NV 2 + NV 3 + nNV + 12I 23I ( )nnI 1− 1nI N ( ) ( ) ( )nn nn n n nnnn n n n Z V Z VIII Z V Z VIII Z V Z VIII Z V Z VIII 1 1 1 1 11 23 23 34 34 23343 12 12 23 23 12232 1 1 12 12 1121 − − − −=−= −=−= −=−= −=−= M Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 14 de 18 Relação tensão/corrente em sistemas trifásicos Estrela com neutro Fases submetidas à tensão de fase LII =φ 1φ 2φ 3φ Sistema Trifásico 3φ COM Neutro N 1Z 2Z 3Z 1φI 2φI 3φI 1LI 2LI 3LI NI 321 321 3 3 33 2 2 22 1 1 11 LLL N L L L III IIII Z VII Z VII Z VII −−−= =−−−= == == == φφφ φ φ φ φ φ φ Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 15 de 18 Triângulo Fases submetidas à tensão de linha Z VII L== φφ 1φ 2φ 3φ Sistema Trifásico 3φ com ou sem Neutro 12Z 23Z 31Z 12φI 1LI 2LI3LI 23φI 31φI 23313 12232 31121 φφ φφ φφ III III III L L L −= −= −= 31 31 31 23 23 23 12 12 12 Z VI Z VI Z VI = = = φ φ φ Exercício: Utilizando o diagrama fasorial das correntes de fase e de linha da carga trifásica, demonstrar geometricamente a expressão φφ III L 330cos2 == o . Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 16 de 18 Estrela sem neutro Fases submetidas à diferença de potencial entre o fasor tensão de fase e ONV LII =φ 1φ 2φ 3φ Sistema Trifásico 3φ com ou sem Neutro 1Z 2Z 3Z 1φI 2φI 3φI 1LI 2LI 3LI 3 3 3 3 33 2 2 2 2 22 1 1 1 1 11 Z VV Z VII Z VV Z VII Z VV Z VII ONO L ONO L ONO L − === − === − === φ φ φ φ φ φ O 321 321 3 3 2 2 1 1 111 1//// ZZZ ZZZZ Z V Z V Z VI ZIV NORTON SC NORTONSCON ++ == ++= = φφφ Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 17 de 18 Potência polifásica SISTEMA nφ (com ou sem neutro) * 111 IVS ⋅= )(1 ti)(1 tv )(2 ti)(2 tv )(tin)(tvn . . . * 222 IVS ⋅= * nnn IVS ⋅= . . . Potência polifásica complexa: φφφ nnnnn jQP n IVIVIVS +=⋅++⋅+⋅= 44444 344444 21 K termos * 2 * 21 * 1 ( ) ( ) ( ) 4444444 34444444 21 K termos1 1 * 12 * 21 * 1 − ⋅++⋅+⋅= −− n IVIVIVS nnnnnnφ Circuitos Elétricos B Circuitos Polifásicos – Sérgio Haffner Página 18 de 18 φφφ nnn jQPS += ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 444444444 3444444444 21 K termos1 111222111 coscoscosRe − −−− +++== n nnnnnnnn IVIVIVSP γγγφφ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4444444444 34444444444 21 K termos1 111222111 sensensenIm − −−− +++== n nnnnnnnn IVIVIVSQ γγγφφ kkknkkknknkkn IVIVIV γβα ⋅=−⋅=⋅ * knα knV kI kγ kβ Re Im kγ ângulo entre fasor tensão knV e fasor corrente kI CONCLUSÃO (Teorema de Blondell): “A potência ativa (reativa) de um circuito a n fios pode ser determinada através da soma algébrica das leituras de (n-1) wattímetros (varímetros) desde que os sensores de corrente sejam colocados em (n-1) fios diferentes e todos os sensores de potencial sejam referidos ao fio restante”. Potência aparente polifásica: 22 φφφφ nnnn jQPSS +== Fator de potência médio: 22médio φφ φ φ φ nn n n n jQP P S P FP + ==
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