Conceitos básicos, Consumo de energia, Energia

Por quê o sistema é trifásico?

Por quê o sistema de produção, transmissão e distribuição de energia elétrica é trifásico, em vez de monofásico? Vamos ver neste post.

No link abaixo, você pode saber os conceitos básicos de corrente alternada, para melhor entendimento do presente post.

Conceitos básicos de CAClique aqui

Por quê é uma senoide?

Por quê a tensão alternada gerada é uma senoide, em vez de uma onda quadrada ou triângular? Uma razão é a geometria dos geradores elétricos.

Movimento circular produz senoide
O movimento circular naturalmente produz senoide. Fonte: Electrical Engineering.

Quando a espira do rotor está paralela ao fluxo magnético do estator, a tensão induzida atinge a máxima amplitude. Quando está perpendicular ao fluxo, a tensão gerada é zero.

A direção da corrente é determinada pela regra de Flemming da mão direita para geradores.

Regra de Flemming da mão direita para geradores
Polegar = direção da força, indicador = direção do campo magnético, médio = direção da corrente. Fonte: Science Tuition Singapore.

Outra razão é as senoides não perderem a forma quando são integradas ou derivadas. Ao contrário das outras formas de onda.

formas derivadas e integrais
As formas de onda no centro, à esquerda, a integral destas ondas e à direita, a derivada. Fonte: UCLA.

Se somar duas ondas quadradas ou triangulares defasadas entre si, o resultado será uma onda distorcida. O mesmo não acontece com duas senoides. Fase significa sinal de tensão e cada fase está defasada 120° uma da outra.

Sistema trifásico de CA
Fonte: Tecnología.

Esta defasagem existe porque os enrolamentos do estator nos geradores estão a 120º de distância entre si. 

As vantagens do sistema trifásico

Fiação

Dois fios são necessários para ligar uma fonte a uma carga.

1 fonte e 1 carga

Se tivermos três cargas, precisaríamos de 6 fios para transmissão, mesmo com 3 fontes. 

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No entanto, ao adotar a configuração trifásica, são usados apenas 4 fios. Três fios de fase e um neutro, este retorna a corrente elétrica para as fontes.

sistema de distribuição trifásico

Quando há equilíbrio nas cargas, ou seja, as impedâncias das cargas são iguais, a corrente de retorno no neutro é zero. Neste caso, o neutro pode ser descartado e ficam apenas 3 linhas para transmissão.

Sistema trifásico sem o neutro

Na prática, quando as cargas estão em configuração estrela (mostrada acima), um fio mais fino é colocado como neutro caso haja desequilíbrio entre as cargas.

Eficiência

A potência transmitida por um sistema monofásico é pulsante. Em motores, pode causar vibrações e variações indesejadas de torque.

potência com reatância
A potência P(t) em uma fase com carga exclusivamente indutiva. Fonte: Electrical4u.

Enquanto em um sistema trifásico, a potência total é constante.

Geradores trifásicos geram três vezes mais potência do que os monofásicos e podem ser menores e mais leves do que os monofásicos de mesma potência. Motores trifásicos não precisam de capacitores para dar a partida, ao contrários dos monofásicos, pois funcionam com um campo magnético girante.

motor de indução trifásico

Um retificador trifásico possui menor oscilação de Ripple do que o monofásico.

Retificadores monofásico e trifásico
Fonte: GeekPub.

Sistemas monofásicos são usados, pois são mais simples e baratos para baixa potência.

Distribuição do sistema trifásico

As residências e os pequenos estabelecimentos comerciais recebem uma fase, o que é suficiente para a iluminação e para a maioria dos eletrodomésticos. Enquanto a indústria utiliza as três fases, porque precisa de mais potência para motores de indução e outras máquinas.

sistema de distribuição
Fonte: Solar choice.

Por quê não colocar outro número de fases?

Maior número de fases exigiria mais fios, o que aumentaria o custo. Por quê não adotar somente 2 fases? Exigiria mais fios condutores do que o monofásico e a potência total teria uma variação considerável, conforme mostram os gráficos anteriores. Com 2 fases, não há equilíbrio entre as cargas e o fio neutro teria que ser mais grosso para suportar maior corrente.

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