Experiência Nº 5. Circuitos trifásicos desequilibrados e circuitos trifásicos não-lineares em regime permanente.

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1 5.1 Experiência Nº 5 1. Assunto Circuitos trifásicos desequilibrados e circuitos trifásicos não-lineares em regime permanente. 2. Objetivo Análise de circuitos trifásicos desequilibrados e circuitos não-lineares.. Fundamentos Teóricos.1 ntrodução O cálculo de redes trifásicas simétricas e equilibradas é notavelmente simplificado pela simetria do sistema. Calculadas apenas uma corrente ou uma tensão, as duas outras correntes ou tensões que constituem o sistema são obtidas defasando-se sucessivamente de 120º a primeira grandeza. Ainda que a distribuição de energia elétrica seja feita visando-se o equilíbrio da carga, um certo desequilíbrio sempre existe e é portanto importante conhecermos o comportamento de cargas desequilibradas alimentadas por um sistema de tensões simétricas (i.e. de mesma amplitude e defasadas de 120º). Há três casos a considerar com respeito à disposição da carga: ligação, ligação Y com 4 condutores e ligação Y com condutores. Em todos esses casos a solução consiste em calcular, para cada uma das fases, as tensões e correntes. Além disso, atualmente, com a proliferação de circuitos de eletrônica de potência, cargas não-lineares são mais frequentes e seus efeitos devem ser considerados..2 Ligação Uma vez que a tensão sobre a carga é conhecida, essa situação não apresenta maiores dificuldades para computarmos as correntes em cada impedância.

2 5.2. Ligação Y com 4 condutores Figura 1 Carga em. Aqui, também, a tensão em cada carga é conhecida e o cálculo das correntes imediato. No entanto, segundo o teorema de Blondel, a medida de potência não pode ser feita apenas com 2 wattímetros. Figura 2 Carga em Y com 4 condutores..4 Ligação Y com condutores Nesse tipo de ligação, a ausência de condutor unindo os pontos n e n'(figura ) permite que as tensões nas impedâncias possam diferir consideravelmente das tensões de alimentação. Figura Carga em Y com condutores.

3 5. Nesse caso, nem as correntes de linha nem as tensões nas impedâncias, constituem sistemas trifásicos simétricos. Essas grandezas podem ser calculadas a partir das técnicas gerais de análise de circuitos. É cômodo, contudo, determiná-las a partir da tensão n'n, chamada tensão de deslocamento do neutro. Pode-se demonstrar que: E Y + E Y + EY Y n n = Y1 + Y2 + onde, E 1, E 2 e E formam um sistema trifásico simétrico e correspondem (idealmente) às tensões entre cada fase e o neutro n. Y 1 =1/Z 1, Y 2 =1/Z 2 e Y =1/Z são as admitâncias das cargas. As tensões nas cargas agora podem ser determinadas por: An' = E1 n ' n Bn' = E2 n ' n Cn' = E n ' n e as correntes nas cargas agora podem ser determinadas por: 1 = An' Y1 2 = Bn' Y2 = Cn' Y.5 Cargas não-lineares As correntes em cargas não-lineares, alimentadas com tensões senoidais, em 60 Hz, apresentam forma de onda periódica, porém distorcida. A análise de Fourier ensina que sinais periódicos podem ser decompostos na soma de sinais senoidais de frequências múltiplas da fundamental. O terceiro harmônico costuma ser o mais significativo em instalações elétricas. Tendo em vista que as componentes de terceiro harmônico estão em fase, elas necessariamente circulam pelo condutor neutro de uma ligação Y com 4 condutores. Na ligação Y com condutores, a distorção recai sobre as tensões nas cargas. 4. Trabalho Preparatório 4.1 Demonstre a expressão de n'n apresentada no item Considerando a figura 4 em que os geradores de tensão senoidal (60Hz) são tais que: E 220 o 220 o 220 o = 0 E2 = 120 E = Calcule as correntes e tensões na carga: (a) com a chave Ch aberta, (b) com a chave Ch fechada. 4. Calcule a tensão n'n para o caso (a) e a corrente n'n para o caso (b) do item anterior. 4.4 Construa em escala os diagramas fasoriais de tensões e correntes para os itens 4.2 (a) e 4.2 (b) incluindo os resultados de 4..

4 Execução 5.1 Monte o circuito da figura Meça os valores de tensão e corrente na carga, com a chave Ch aberta e fechada. 5. Meça a tensão n'n com a chave Ch aberta e a corrente n'n com a chave Ch fechada. 5.4 Observe estes sinais com um osciloscópio. Meça a frequência das ondas observadas. 5.5 Repita usando a sequência inversa. 25µF 15µF Figura 4 Sistema trifásico em estudo. 5.6 Substitua a carga desequilibrada por uma carga equilibrada, porém não-linear, constituída por lâmpadas fluorescentes PL. Repita os itens 5. e Discussão 6.1 Compare os resultados experimentais com os calculados no trabalho preparatório. 6.2 Justifique possíveis discrepâncias.

5 5.5 Bibliografia [1] Ney Bruno, Expedito Xavier, Bernardo Severo Filho - Análise de Circuitos Elétricos, Trabalho de Laboratório, ME, 197. [2] Edminister - Circuitos Elétricos - Mc Graw Hill, [] Close - Circuitos Lineares, LTC Material Utilizado Por Bancada 1 chave trifásica com fusíveis de 1A 1 oltímetro 0/ 120/ oltímetro Resistor de 100 Ω - 1,0 A 1 Resistor de 200 Ω - 1,0 A 1 Resistor de 50 Ω - 1,0 A 1 Capacitor de 25 µ F 1 Capacitor de 15 µ F Amperímetros 0-1,5 A Lâmpadas PL 1 Osciloscópio com o terra levantado 1 Ponta de prova de corrente 1 Ponta de prova de tensão