Amplificador Trifásico Etelj A Etelj incorporou aos seus produtos

Amplificador Trifásico Etelj
ORIGINAL 06 – 06 – 2013
Homero Sette
REVISÃO 12 – 06 - 2013
A Etelj incorporou aos seus produtos uma linha de Amplificadores Trifásicos.
Estes produtos têm a grande virtude de não provocar desbalanceamento entre as fases do sistema de energia,
o que é de extrema importância, principalmente em Trios Elétricos e nas demais aplicações onde o PA é alimentado por geradores.
No entanto, mesmo em sistemas de som alimentados com a energia fornecida pelas concessionárias
essa continua sendo uma grande vantagem dos amplificadores trifásicos, em relação aos monofásicos convencionais.
Fig. 1 - Vista frontal do Amplificador Trifásico Etelj Modelo TRI – 6000 S.
Fig. 2 - Vista traseira do Amplificador Trifásico Etelj Modelo TRI – 6000 S.
A Rede de Distribuição
Os consumidores de
baixa tensão, ou seja, que recebem tensões de 127, 220 ou 380
Volts, estão conectados na rede
secundaria, que é alimentada
pela rede primária, de alta tensão, com 13,8 kV (13800 Volts).
A ligação entre a rede
primária e a secundária é feita
por um transformador trifásico,
onde os três enrolamentos do
primário estão ligados em delta
Fig. 3 - Distribuição da energia elétrica: redes primária e secundária.
e os três do secundário em
estrela, conforme a Fig. 3 . Assim, a rede primaria possui três condutores, sem neutro, enquanto a
secundaria, alem dos condutores das três fases, possui mais um para o neutro.
O Sistema Trifásico
O sistema trifásico de baixa tensão utiliza quatro condutores: um terra e três fases, onde a tensão entre duas fases quaisquer é igual a 220 Volts RMS e a tensão entre cada fase e neutro vale 127 Volts RMS.
O consumo máximo fica compreendido entre 25 kW e 75 kW. Em instalações industriais podemos
encontrar, também, 220 VRMS entre qualquer uma das três fases e o neutro, o que faz com que as tensões
entre as fases valham 220  3  220 1, 732  380 VRMS. Notar (Figs. 7 e 8) que os valores de pico para
127 e 220 VRMS são, respectivamente, 127  2  180 e 220  2  311 Volts de pico.
As tensões trifásica são geradas por alternadores dotados de três enrolamentos, denominados induzidos, defasados de 120 o entre si, que recebem o campo magnético giratório produzido por um enrolamento de
campo, em rotação. Desse modo são induzidas tensões senoidais, defasadas de 120 o , nos enrolamentos fixos
(por isso chamados de induzidos), conforme a Fig. 4 .
Fig. 4 - Gerador trifásico com os enrolamentos induzidos defasados entre si de 120 o .
Fig. 5 - Representações do sistema trifásico em delta, sem neutro.
Na Fig. 5 vemos gerador ou primário de transformador trifásico ligado em delta, exatamente como no
caso da rede primária. Notar a inexistência do neutro.
Na Fig. 6 temos a ligação em estrela que corresponde à rede secundária de distribuição onde a
presença do neutro é muito importante.
Dependendo dos pontos onde se capte a energia em um sistema trifásico (Fig. 3), poderemos trabalhar em bifásico ou até em monofásico, conforme veremos adiante, alem, é claro, do próprio trifásico.
Fig. 6 - Representações do sistema trifásico em estrela, com neutro.
200
180
160
140
120
VA N
Tensões Fase Neutro, em Volts
100
VB N
80
VC N
60
RMS
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
-120
-140
-160
-180
-200
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
24
25
Tempos em milissegundos
Fig. 7 – Tensões senoidais entre fases e neutro, defasadas de 120 o , em sistema trifásico em estrela.
320
280
240
Tensões Fase Neutro, em Volts
200
160
VA B
120
VC A
VB C
RMS
80
40
0
-40
-80
-120
-160
-200
-240
-280
-320
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
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Tempos em milissegundos
Fig. 8 – Tensões senoidais entre fases, defasadas de 120 o , em sistema trifásico em estrela.
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Seqüência das Fases
A precedência com a qual as tensões (ou correntes) passam por seus valores máximos (de pico)
determina a chamada seqüência de fases. Assim, a
seqüência ABC indica que a tensão VAN atinge seu valor
máximo primeiro, vindo depois a tensão VBN e por ultimo
a tensão VCN, conforme mostram as Figs. 7 e 8 .
O Sistema Bifásico
O sistema bifásico de baixa tensão utiliza três
condutores, um terra e duas fases, onde a tensão entre as
duas fase é igual a 220 Volts e a tensão entre cada fase e
neutro vale 220 / 3  220 / 1, 732  127 Volts. O
consumo máximo fica compreendido entre 12 kW e 25
kW.
Fig. 9 - Representação vetorial do sistema trifásico.
O Sistema Monofásico
Neste caso, em um sistema de baixa tensão a alimentação é
feita através de dois condutores onde um deles é o neutro (que deve
ser ligado à terra, por razões de segurança) e o outro é a fase.
No Brasil esta tensão entre fase e neutro pode assumir os valores de 127 ou 220 Volts e sua freqüência é igual a 60 Hz ficando o
consumo máximo limitado a 12 kW (12000 Watts).
Vantagens dos Sistemas Polifásicos
Inicialmente a vantagem consistia apenas na economia de cobre na fiação, isso ainda nos tempos da iluminação em corrente continua, utilizando o sistema inventado por Thomas Edson.
Essa vantagem continua existindo nos sistemas de tensão alternada atuais, acrescida da flexibilidade trazida pelo uso de transformaFig. 10 – Bifásico, 180 o .
dores, que são incompatíveis com corrente continua.
Na Fig. 10 temos um sistema bifásico que consiste em um enrolamento com tomada central. Isso faz
com que as tensões de a para n ( VAN ) e de b para n ( VBN ) estejam defasadas de 180 o o que provoca o
cancelamento da corrente circulando pelo neutro (igual à diferença entre as correntes em cada fase) quando o
sistema estiver equilibrado, ou seja, quando as correntes fornecidas por cada fase foram iguais, o que acontece quando as resistências de carga R tiverem o mesmo valor (equilíbrio).
Isso também acontecerá com o sistema trifásico em equilíbrio, onde a soma das três correntes circulando no neutro será nula, quando todas foram iguais (em módulo), ou seja, com o sistema equilibrado.
Com a corrente do neutro igual a zero este condutor pode ter sua bitola bastante reduzida (teoricamente ser até eliminado), advindo daí a economia.
Outra vantagem do sistema trifásico é que a resultante vetorial das fases, deslocadas de 120 o , facilita
enormemente a partida de motores, devido ao torque disponível (fato que não beneficia os amplificadores).
No entanto, na retificação trifásica, ou seja, na transformação do sinal alternado senoidal em uma
tensão continua pulsante, sempre com a mesma polaridade (positiva ou negativa), aí teremos uma grande
vantagem em relação ao sistema monofásico: devido à soma das três componentes senoidais, defasadas de
120 o , obteremos uma tensão com muito menos variação (ripple), o que vai facilitar a filtragem, exigindo um
banco capacitivo menor.
Como Alimentar o TRI – 6000 S
Ideal – Melhor desempenho e perfeito balanceamento entre fases.
Sistema trifásico em estrela com 3 fases e 1 neutro (4 fios).
Tensão entre fases e neutro: 127 VRMS
Tensão entre fases: 220 VRMS
(Não ligar em sistemas de 220 Volts fase para neutro (380 Volts fase para fase)
Fig. 11 – Alimentando o TRI – 6000 S em um sistema trifásico em estrela, com 127 VRMS entre fases e neutro.
Admissível – Desempenho admissível, sem o perfeito balanceamento entre fases.
(Situação que pode ocorrer na falta de uma fase do sistema trifásico ou dispondo-se apenas de bifásico).
(Para minimizar o problema alimente a entrada da fase faltante com uma das fases disponíveis).
istema bifásico em estrela com 2 fases e 1 neutro (3 fios).
Tensão entre fases e neutro: 127 VRMS
Tensão entra fases: 220 VRMS
(Não ligar em sistemas de 220 Volts fase para neutro (380 Volts fase para fase)
Fig. 12 – Alimentando o TRI – 6000 S em um sistema bifásico em estrela, com 127 VRMS entre fases e neutro.
(Para minimizar o problema alimente a entrada da fase faltante com uma das fases disponíveis)
Sofrivel – Desempenho sofrível sem as principais vantagens do produto.
(Situação que pode ocorrer na falta de duas fases do sistema trifásico ou dispondo-se apenas de monofásico).
(Para minimizar o problema alimente as três entradas de energia do amplificador com a fase disponível).
Sistema monofásico em estrela com 1 fase e 1 neutro (2 fios).
Tensão entre fases e neutro: 127 VRMS
Tensão entra fases: 220 VRMS
(Não ligar em sistemas de 220 Volts fase para neutro (380 Volts fase para fase)
Fig. 13 – Alimentando o TRI – 6000 S em um sistema monofásico, com 127 VRMS entre fase e neutro.
(Para minimizar o problema alimente as entradas das fases faltantes com a fase disponível).
Falta de Fases
Na falta de uma ou duas fases o amplificador continua funcionando, sem a necessidade de nenhuma
ação por parte do operador, mas sofre degradação em seu desempenho, conforme acima.
A influência do número de fases no desempenho do amplificador pode ser entendida pelo efeito causado na retificação, ou seja, na tensão retificada e filtrada que alimenta o amplificador, conforme a Fig. 14.
Fig. 14 – Influência da quantidade de fases na retificação.
3 Fases normais - Trifásico
2 Fases apenas - Bifásico
1 Fase apenas - Monofásico
Um Pouco de História
O primeiro trabalho a respeito de amplificadores trifásicos, do conhecimento deste Autor 5 , foi
apresentado por Vladimir E. Filevski, em maio de 2005, na 118ª Convenção da AES em Barcelona.
A idéia, patenteada na época, não usa transformadores, captando a energia trifásica diretamente da
rede. Após a retificação é transformada em uma fonte de + 325 Volts que alimenta um estagio de saída
classe D, em full-bridge. Alem disso não utiliza capacitores de filtro. O ripple existente é tratado como uma
variação de tensão na saída da fonte e corrigido através de realimentação negativa.
6
Recentemente, na ultima Convenção da AES Brasil, este tema voltou a ser abordado   .
Fig. 15 – Proposta do amplificador trifásico na referência bibliográfica
 5
.
Agradecimentos
O Autor agradece:
 À Etelj Industrial Eletrônica Ltda. pelos recursos colocados à disposição do Autor, que a exime de
quaisquer responsabilidades quanto às informações aqui veiculadas, de inteira responsabilidade do Autor.
 Ao Marco Antonio Berteli, Eng. de Desenvolvimento, pelas simulações do retificador trifásico.
 Ao Cleber Rodrigo, Técnico em Eletrônica, pelos desenhos dos esquemas de ligação.
Bibliografia
[1] – Circuitos Elétricos II - Capítulo 7 – SISTEMA TRIFÁSICO
Profa Dra. Valquíria Gusmão Macedo - [email protected]
Universidade Federal do Pará
[2] - Circuitos Elétricos Monofásicos e Trifásicos
Engª Patrícia Lins de Paula
Consultoria e treinamento em Engenharia Elétrica
[3] - Sistema Trifásico
Prof. Ms. Getúlio Teruo Tateoki - [email protected]
Engenharia do Uni Salesiano – Araçatuba / SP.
[4] - Eletrotécnica Geral – VI. Circuitos Trifásicos
COPPE – UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro
[5] – High-Power Amplifier with Direct Three-Pase 400 V Power Supply
Vladimir E. Filevski – Broadcasting Council of Macedonia, Skopje, 1000, Macedonia
Apresentado na 118a Convenção da Audio Engineering Society, de 28 a 31 de maio de 2005 em
Barcelona, Espanha.
[6] – Amplificador Trifásico – A terceira e ultima fase no aumento da eficiência na amplificação de P.A.
Francisco Monteiro e Ruy Monteiro – Studio R / Nashville
Apresentado na 17a Convenção da Audio Engineering Society, de 7 a 9 de maio de 2013, em S.P., S.P.