Sistema de alimentação trifásica

Uma das opções para um sistema de fonte de alimentação multifásico é um sistema CA trifásico. Ele possui três CEM harmônicos da mesma frequência, criados por uma fonte de tensão comum. Os dados EMF são alterados em relação um ao outro no tempo (em fase) pelo mesmo ângulo de fase igual a 120 graus ou 2 * pi / 3 radianos.

O primeiro inventor de um sistema trifásico de seis fios foi Nikola TeslaNo entanto, uma contribuição significativa ao seu desenvolvimento foi feita pelo físico-inventor russo Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, que propôs o uso de apenas três ou quatro fios, o que deu vantagens significativas, e foi claramente demonstrado em experimentos com motores elétricos assíncronos.

Em um sistema CA trifásico, cada CEM sinusoidal está em sua própria fase, participando de um processo periódico contínuo de eletrificação da rede; portanto, os dados de CEM às vezes são chamados simplesmente de "fases", assim como os condutores que transmitem dados de CEM: primeira fase, segunda fase, terceira fase. As fases são deslocadas uma em relação à outra em 120 graus, e os condutores correspondentes são geralmente indicados pelas letras latinas L1, L2, L3 ou A, B, C.

Esse sistema é muito econômico quando se trata de transmissão de energia elétrica por fio a longas distâncias. Transformadores trifásicos são menos intensivos em material.

Os cabos de energia requerem menos metal condutor (geralmente é usado cobre), uma vez que as correntes nos condutores de fase, comparadas às monofásicas, têm valores efetivos mais baixos quando comparadas aos circuitos monofásicos de potência transmitida semelhante.

O sistema trifásico é muito equilibrado e exerce uma carga mecânica uniforme na instalação de geração de energia (gerador da usina), prolongando assim sua vida útil.

Com a ajuda de correntes trifásicas passadas pelos enrolamentos dos consumidores elétricos - várias instalações e motores, é fácil obter um campo magnético rotativo de redemoinho necessário para a operação de motores e outros aparelhos elétricos.

Os motores CA trifásicos síncronos e assíncronos possuem um dispositivo simples e são muito mais econômicos do que os motores monofásicos e bifásicos e, mais ainda, os motores CC clássicos.

Com uma rede trifásica em uma instalação, você pode obter duas tensões operacionais de uma só vez - linear e fase, o que permite que você tenha dois níveis de potência, dependendo do esquema de conexão do enrolamento - “triângulo” (versão em inglês “delta”) ou “estrela”.

Quanto ao suprimento de energia dos sistemas de iluminação, conectando três grupos de lâmpadas - cada uma nas diferentes fases da rede - você pode reduzir significativamente a cintilação e se livrar do efeito estroboscópico prejudicial.

Essas vantagens apenas determinam o uso generalizado de um sistema de fonte de alimentação trifásico na grande indústria global de energia elétrica de hoje.

Estrela

A conexão de acordo com o esquema "estrela" envolve a conexão das extremidades dos enrolamentos de fase do gerador a um ponto "neutro" comum (neutro - N), bem como as extremidades das saídas de fase do consumidor.

Os fios que conectam as fases do consumidor às fases correspondentes do gerador são chamados de fios lineares em uma rede trifásica. E o fio que liga os neutros do gerador e o consumidor é um fio neutro (marcado com "N").

Na presença de neutro, uma rede trifásica acaba sendo de quatro fios e, se não houver neutro - de três fios. Sob condições em que as resistências nas três fases do consumidor sejam iguais entre si, ou seja, desde que Za = Zb = Zc, a carga será simétrica. Este é um modo ideal de operação para uma rede trifásica.

Se houver um neutro, a tensão de fase é chamada tensão entre qualquer fio de fase e um fio neutro. E as tensões entre quaisquer fios de duas fases são chamadas tensões lineares.

Se a rede tiver uma conexão em estrela, em carga simétrica a relação entre as fases e as correntes e tensões lineares pode ser descrita pelos seguintes relacionamentos:

Pode-se observar que as tensões lineares são deslocadas em relação às tensões de fase correspondentes por um ângulo de 30 graus (pi / 6 radiano):

A potência na conexão da "estrela" em uma carga simétrica, levando em consideração tensões de fase conhecidas, pode ser determinada pela fórmula:

Sobre a importância do desequilíbrio neutro e de fase

Embora com uma carga absolutamente simétrica, o fornecimento de energia aos consumidores seja possível através de três fios com tensões lineares mesmo na ausência de neutro; no entanto, se as cargas nas fases não forem estritamente simétricas, sempre será necessário o neutro.

Se, com uma carga assimétrica, o fio neutro rompe ou sua resistência aumenta por algum motivo, ocorre um “desequilíbrio de fase” e as cargas nas três fases podem estar sob tensões diferentes - de zero a linear - dependendo da distribuição das resistências de carga fases no momento do intervalo neutro.

Mas as cargas são projetadas nominalmente estritamente para tensões de fase, o que significa que algo pode falhar. O desequilíbrio de fase é especialmente perigoso para eletrodomésticos e eletrônicos, pois, por causa disso, não apenas alguns dispositivos podem queimar, mas também um incêndio.

Problema de múltiplos harmônicos do terceiro

Na maioria das vezes, os aparelhos domésticos e outros aparelhos são equipados hoje com fontes de alimentação comutadas e sem um circuito integrado de correção do fator de potência. Isso significa que os momentos de consumo são limitados por picos finos de corrente pulsada próximos ao topo do senoidal da rede elétrica, quando o capacitor do filtro de saída instalado após o retificador é recarregado rápida e rapidamente.

Quando existem muitos consumidores conectados à rede, ocorre uma alta corrente do terceiro harmônico da frequência principal da tensão de alimentação. Essas correntes harmônicas (múltiplos da terceira) são somadas no condutor neutro e podem sobrecarregá-lo, apesar do consumo de energia em cada fase não exceder o permitido.

O problema é especialmente relevante em edifícios de escritórios, onde muitos equipamentos de escritório diferentes estão localizados em um espaço pequeno. Se todas as fontes de alimentação de comutação integradas tivessem circuitos de correção do fator de potência, isso resolveria o problema.

Triângulo

A conexão de acordo com o esquema de "triângulo" assume do lado do gerador a conexão da extremidade do condutor da primeira fase com o início do condutor da segunda fase, a extremidade do condutor da segunda fase com o início do condutor da terceira fase, o final do condutor da terceira fase com o início do condutor da primeira fase - resulta uma figura fechada - um triângulo.

As tensões e correntes lineares e de fase com uma carga simétrica, em relação ao "triângulo" de conexão, estão correlacionadas da seguinte forma:

A energia em um circuito trifásico quando conectada por um triângulo, em condições de carga simétrica, é determinada da seguinte forma:

A tabela abaixo mostra os padrões de tensão de fase e de linha para diferentes países:

Os condutores de diferentes fases de uma rede trifásica, bem como os condutores neutros e de proteção, são tradicionalmente marcados com suas próprias cores.

Isso é feito para evitar choques elétricos e garantir a conveniência da manutenção da rede, facilitar sua instalação e reparo, além de padronizar a fase dos equipamentos: a sequência de fases às vezes é muito importante, por exemplo, para especificar a direção de rotação de um motor de indução, o modo de operação de um retificador trifásico controlado etc. Em países diferentes, a marcação de cores é diferente; em alguns, é a mesma.

Veja: Código de cores do fio