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Eletrotécnica para Engenharia de Produção – (TE160)
Aula 07 - Circuitos monofásicos e trifásicos
PROF. DR . SEBA ST IÃO R I BE I RO JÚN I OR
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Sistema Elétrico de Potência (SEP)
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Sistema Elétrico de Potência (SEP)
Fonte: Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
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Sistema Elétrico de Potência (SEP)
Fonte: Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
4
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Geradores
• Gerador CA:
Fonte: http://jie.itaipu.gov.br/node/36550 acesso: 02/2016Fev-2020
5
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Geradores
Fev-20206
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Transformadores
Fev-20207
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Cargas
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
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Cargas
Motores:
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
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Motor de Indução
Principais partes:• Estator (parte estacionária)• Rotor (parte rotativa)
Princípio de funcionamento:• Quando o enrolamento do estator é energizado através de
uma alimentação, cria-se um campo magnético rotativo.
• À medida que o campo varre os condutores do rotor, éinduzida uma f.e.m. nesses condutores ocasionando oaparecimento de um fluxo de corrente nos condutores.
• Esta interação provoca o aparecimento de um torque sobre orotor
Fev-202010
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Tipos de Fonte (Tensão ou Corrente)
Corrente Contínua:
Corrente Alternada:
Fev-202011
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Tipos de Circuitos
Corrente Contínua
(Análise Temporal):
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)
Corrente Alternada
(Análise temporal ou espectral):
Fev-202012
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Potência
A potência aparente é composta por duas parcelas:
◦ Ativa
◦ Reativa
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Potência Ativa
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
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Potência Reativa
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
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Caso Monofásico
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
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No nosso caso...
Em projetos de instalação elétrica residencial os cálculos efetuadossão baseados na potência ativa e na potência aparente
Portanto, é importante conhecer a relação entre elas para que seentenda o que é fator de potência
Fev-202017
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Fator de Potência
Sendo a potência ativa uma parcela da potência aparente, pode-sedizer que ela representa uma porcentagem da potência aparenteque é transformada em potência mecânica, térmica ou luminosa
A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência
Fev-202018
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Fator de Potência
Fev-202019
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Fator de Potência
Circuito CapacitivoCorrente Adiantada
Circuito IndutivoCorrente Atrasada
Circuito resistivo, a tensão e a corrente
estão EM FASE
Fev-202020
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No nosso caso...
Fev-202021
Tomadas de uso específico o fator de potencia e delimitado pela carga.
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No nosso caso...
Fev-202022
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No nosso caso...
Fev-202023
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No nosso caso...
Fev-202024
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No nosso caso...
Fonte: Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
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Circuitos MonofásicosEXERCÍCIOS
Fev-2020 26
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Exercícios1 - Qual é a corrente elétrica absorvida por uma lâmpada incandescente de 60 W
e 115 V?
2 - Um chuveiro elétrico traz os seguintes dados nominais: 127 V, 3200 W. Qual asua corrente de alimentação?
3 - Uma lâmpada de 200 W e resistência de 70 ohms é alimentada por um cabocuja resistência é de 0,02 ohms/m. A tensão na tomada onde é ligada aalimentação é de 127 V e o comprimento total do circuito é de 150 m. Qual seráa tensão na lâmpada?
4 - Um motor monofásico que aciona uma bomba d’água tem os seguintesdados de placa: 1 cv, 127 V, 60 Hz, rendimento de 82%, FP 0,8. Calcule acorrente que absorve da rede se for alimentado com 127 V. (1 cv = 736 W)
Fev-202027
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Exercícios
1 - Qual é a corrente elétrica absorvida por uma lâmpada incandescente de 60 We 115 V?
𝑃 = 𝑉. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠∅
𝐼 =𝑃
𝑉. 𝑐𝑜𝑠∅𝐼 =
60
115.1= 0,52 𝐴
Fev-202028
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Exercícios
2 - Um chuveiro elétrico traz os seguintes dados nominais: 127 V, 3200 W. Quala sua corrente de alimentação?
𝑃 = 𝑉. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠∅
𝐼 =𝑃
𝑉. 𝑐𝑜𝑠∅𝐼 =
3200
127.1= 25,19 𝐴
Fev-202029
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Exercícios
3 - Uma lâmpada de 200 W e resistência de 70 é alimentada por um cabocuja resistência é de 0,02 /m. A tensão na tomada onde é ligada aalimentação é de 127 V e o comprimento total do circuito é de 150 m. Qual seráa tensão na lâmpada?
Fev-202030
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Exercícios
𝑅𝑒𝑞 = 70 + 3 + 3 = 76
𝐼𝑇 =𝑉
𝑅𝑒𝑞=
127
76= 1,67 A
𝑉𝐿 = 70 . 1,67 = 116,9 𝑉
Fev-202031
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Exercícios
𝑃 = 116,9 . 1,67. 1 = 195,22 W
𝑃 = 𝑉. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠∅
Potencia Efetiva
Perdas
𝑉𝑃 = 𝑉𝑇 − 𝑉𝐿 = 127 − 116,9 = 10,1 𝑉
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 % =10,1
127. 100 = 7,95 %
Fev-202032
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Exercícios
4 - Um motor monofásico que aciona uma bomba d’água tem osseguintes dados de placa: 1 cv, 127 V, 60 Hz, rendimento de 82%,FP 0,8. Calcule a corrente que absorve da rede se for alimentadocom 127V. (1 cv = 736 W)
𝐼 =736. 𝑐𝑣
𝑉. 𝑐𝑜𝑠𝜃. 𝑛
𝐼 =736 . 1
127 . 0,8 . 0,82= 8,83 𝐴
𝐼 =736 . 1
127 . 0,7 . 0,82= 10,09 𝐴 𝐼 =
736 . 1
127 . 0,9 . 0,82= 7,85 𝐴
Fev-202033
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Relações das resistências
𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2…+ 𝑅𝑛
Fev-202034
Resistências em série
Resistências em paralelo
𝑅𝑒𝑞 =1
𝑅1+
1
𝑅2…+
1
𝑅𝑛
𝑅𝑒𝑞 =𝑅1. 𝑅2𝑅1 + 𝑅2
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Circuito Trifásico
Fev-202035
Sistema Elétrico de potência - SEP
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Circuito Trifásico
• Fontes defasadas em 120º:
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
36
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Circuito Trifásico
• Monofásico / Trifásico
Fonte: Creder (2008)Fev-202037
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Sistema de Corrente Alternada Trifásica
Fev-202038
O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões U1, U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja de 120º
Os “atrasos” de U2 em relação a U1, de U3 em relação a U2 e de U1 em relação a U3 sejam iguais a 120º (considerando um ciclo completo=360º) .
O sistema é equilibrado, isto é, as três tensões têm o mesmo valor eficaz U1 = U2 = U3.
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Sistema de Corrente Alternada Trifásica
Fev-202039
Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando os fios desnecessários, teremos um sistema trifásico: três tensões U1, U2 e U3 equilibradas, defasadas entre si de 120º e aplicadas entre os três fios do sistema. A ligação pode ser feita de duas maneiras:
◦ Ligação em TRIÂNGULO
◦ Ligação em ESTRELA
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Circuito Trifásico
Combinação de três circuitos monofásicos:
Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
40
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Circuito Trifásico
Combinação de três circuitos monofásicos:
Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
41
![Page 42: Aula 07 - Circuitos monofásicos e - UFPReletrica.ufpr.br/sebastiao/wa_files/te160 aula 07... · 2020. 11. 24. · 38. O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062610/6114e82e479b3f21f36f8a30/html5/thumbnails/42.jpg)
Circuito Trifásico
Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
42
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Circuito Trifásico
Fev-202043
Transformador conversor de 600 kV CC - Furnas - Centrais Elétricas S/A localizada na cidade de Foz do Iguaçu – PR
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Circuito Trifásico
Fev-202044
Transformador de distribuição
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Circuito Trifásico
Fev-202045
Transformador de distribuição
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Circuito Trifásico
A potência, geralmente, é fornecida por um gerador de CA que produz 3 tensões iguais, cadauma delas defasada de 120º das demais
Eletrônica 3 - Máquinas e Instalações elétricas GOZZI G.G.M. PARDE T.M.S.Fev-2020
46
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Circuito Trifásico
Tensão de Pico e Tensão Eficaz
Fonte: Creder (2008)
Fev-202047
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Circuito Trifásico
Tensão Eficaz
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
48
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Circuitos Trifásicos
Vantagens
Podem ser usados por cargas monofásicas
Permitem uma maior flexibilidade na escolha e/ou determinação dastensões
Os equipamentos trifásicos têm menores dimensões e são maiseficientes do que os monofásicos de mesma potência
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
49
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Sistemas em Triângulo e Estrela
Os terminais destes enrolamentos são ligados para diminuir o número de linhasnecessárias para as conexões em relação às cargas.
Desta maneira pode-se ter dois tipos de ligações principais: delta e estrela.
Fev-202050
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Nomenclatura:
◦ Tensão de linha: é a tensão entre duas linhas.
◦ Tensão de fase: é a tensão no enrolamento ou na impedância de cadaramo.
◦ Corrente de linha: é a corrente na linha que sai do gerador ou acorrente solicitada pela carga.
◦ Corrente de fase: é a corrente no enrolamento do gerador, ou naimpedância de cada ramo.
Fev-202051
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Ligação em Estrela - Y
Fev-202052
Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três, os três fios restantes formam um sistema trifásico em estrela.
Às vezes, o sistema trifásico em estrela é “a quatro fios” ou “com neutro”. O quarto fio é ligado ao ponto comum às três fases.
A tensão de linha ou tensão nominal do sistema trifásico e a corrente de linha, são definidas do mesmo modo que na ligação triângulo.
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Quando um gerador tem seus enrolamentos ligados em Y, as tensões delinha (EAB, EBC, ECA) são diferentes das tensões de fase (EAN, EBN, ECN) e ascorrentes de linha (IA, IB, IC) são iguais das correntes de fase (IAN, IBN, ICN)
𝐸𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 = 3 . 𝐸𝑓𝑎𝑠𝑒
Fev-202053
Ligação em Estrela - Y
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Ligação em Estrela - Y
Fev-202054
Exemplo:
Temos uma carga trifásica composta de três cargas iguais. Cada carga é feita para ser ligada a uma tensão de 220 V, absorvendo 5,77 A. Qual a tensão nominal do sistema trifásico que alimenta estas cargas ligadas em estrela em suas condições normais (220 V e 5,77 A)? Qual a corrente de linha?
Temos Uf = 220 V (volts) (normal de cada carga)
U = 1,732 . 220 = 380 V (volts)
I = If = 5,77 A (ampères)
)(
.732,1.3
211 vetorialsomaUUU
UUU
II
ff
ff
f
+=
==
=
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Ligação em Triângulo Δ
Fev-202055
Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como indicam as figuras a seguir, podemos eliminar três fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios L1, L2 e L3.
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Quando um gerador tem seus enrolamentos ligados em Δ, as tensões de linha(EA, EB, EC) são iguais as tensões de fase (EAB, EBC, ECA) e as correntes de linha(IA, IB, IC) são diferentes das correntes de fase (IAB, IBC, ICA)
𝐼𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 = 3 . 𝐼𝑓𝑎𝑠𝑒
Fev-202056
Ligação em Triângulo Δ
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Fev-202057
Ligação em Triângulo Δ
Tensão de linha (U)◦ É a tensão nominal do sistema trifásico aplicada entre
dois quaisquer dos três fios L1, L2 e L3.
Corrente de linha ( I)◦ É a corrente em qualquer um dos três fios L1, L2 e L3.
Tensão e corrente de fase ( Uf e If )◦ É a tensão e corrente de cada um dos três sistemas
monofásicos considerados.
◦ Examinando o esquema da figura, vê-se que:
)(
.732,1.3
311 vetorialsomaIII
III
UU
ff
ff
f
+=
==
=
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Fev-202058
Ligação em Triângulo Δ
Exemplo:
Temos um sistema equilibrado de tensão nominal 220 V. A corrente de linha
medida é 10 A. Ligando a este sistema uma carga trifásica composta de três
cargas iguais ligadas em triângulo, qual a tensão e a corrente em cada uma das
cargas?
◦ Temos Uf = U1 = 220 volts em cada uma das cargas.
◦ Se I = 1,732 . If, temos If = 0,577 . I = 0,577 . 10 = 5,77 A em cada uma das cargas.
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Fev-202059
Características de Alimentação
No Brasil, o sistema de alimentação pode ser monofásico ou trifásico. O sistema monofásico é mais utilizado em serviços domésticos, comerciais e rurais, enquanto o sistema trifásico, em aplicações industriais, ambos em 60 Hz.
As tensões trifásicas mais usadas nas redes industriais são:
◦ Baixa tensão: 220 V, 380 V e 440 V
◦ Média/alta tensão: 2.300 V, 4.160 V e 6.600 V
◦ O sistema trifásico estrela de baixa tensão, consiste de três condutores de fase (L1, L2, L3) e o condutor neutro (N), sendo este, conectado ao ponto estrela do gerador ou secundário dos transformadores.
As tensões monofásicas padronizadas no Brasil são as de 127 V (conhecida como 110V) e 220 V.
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Fev-202060
Características de Alimentação
As tensões monofásicas padronizadas no Brasil são as de 127V (conhecida como 110V) e 220V.
Os motores monofásicos são ligados a duas fases (tensão de linha UL) ou à uma fase e o neutro (tensão de fase Uf). Assim, a tensão nominal do motor monofásico deverá ser igual à tensão UL ou Uf do sistema.
Quando vários motores monofásicos são conectados ao sistema trifásico (formado por três sistemas monofásicos), deve-se tomar o cuidado para distribuí-los de maneira uniforme, evitando-se assim, desequilíbrio entre as fases.
![Page 61: Aula 07 - Circuitos monofásicos e - UFPReletrica.ufpr.br/sebastiao/wa_files/te160 aula 07... · 2020. 11. 24. · 38. O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062610/6114e82e479b3f21f36f8a30/html5/thumbnails/61.jpg)
Exercício 1:
Para figura abaixo, Cada uma das impedâncias tem valor Z = 5∠45°Ω. O gerador está ligado com asequência ABC e o valor da tensão de linha é de 220 V. Para esta configuração, calcule ascorrentes de fase e de linha.
Fev-202061
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Para uma carga ligada em ∆ as correntes de fase são iguais as correntes de linha divididas por raiz de três.
Os ângulos das correntes de linha são determinados pela sequência adotada.
Para a sequência ABC com como referência tem-se:
Fev-202062
Exercício 1:
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Conforme pode-se observar os módulos das correntes são iguais e para uma carga equilibrada ligada em ∆, a corrente de linha é
3 vezes a corrente de fase:
Fev-202063
Exercício 1:
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Diagrama fasorial para o circuito alimentado com a sequência ABC.:
Fev-202064
Exercício 1:
![Page 65: Aula 07 - Circuitos monofásicos e - UFPReletrica.ufpr.br/sebastiao/wa_files/te160 aula 07... · 2020. 11. 24. · 38. O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062610/6114e82e479b3f21f36f8a30/html5/thumbnails/65.jpg)
Exercício2:
A figura abaixo apresenta uma carga trifásica equilibrada ligada em Y. Cada uma das impedânciastem valor Z=2 ∠-30° Ω. O gerador está ligado com a sequência CBA e o valor da tensão de linha éde 220 V. Para esta configuração, calcule as correntes de fase e de linha.
Ean = 127∠-150°; Ebn = 127∠-30°; Ecn = 127∠90°;
Fev-202065
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Fev-202066
Exercício 2:
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Diagrama fasorial para o circuito alimentado com a sequência CBA.
Fev-202067
Exercício 2:
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Potência Trifásica
Fonte: Aulas Prof. Luiz Fernando Gonçalves (UFRGS)Fev-2020
68
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Exercício 3:
Para um motor trifásico de 1 cv, 220/127V, FP = 0,7, rendimento de80%, determine a corrente de linha e as potências ativa, reativa eaparente.
𝐼𝐿 ≅ 3,45 𝐴
𝑃 ≅ 919,4 W 𝑄 ≅ 937,9 𝑉𝐴𝑅 𝑆 ≅ 1313,4 𝑉𝐴
Fev-202069
𝐼𝐿 =735,5.1
220. 3. 0,7.0,8𝐼𝐿 =
𝑐𝑣
𝑉𝐿 . 3. 𝑐𝑜𝑠𝜃. 𝑛
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Exercício 3:
Para um motor trifásico de 1cv, 220/127V, FP=0,92, rendimento de80%, determine a corrente de linha e as potências ativa, reativa eaparente.
𝐼𝐿 =735,5.1
220. 3. 0,92.0,8𝐼𝐿 =
𝑐𝑣
𝑉𝐿 . 3. 𝑐𝑜𝑠𝜃. 𝑛
𝐼𝐿 ≅ 2,62 𝐴
𝑃 ≅ 919,4 W 𝑄 ≅ 391,6 𝑉𝐴𝑅 𝑆 ≅ 999,3 𝑉𝐴
Fev-202070
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REVISÃOC I R C U I T O S M O N O F Á S I C O SS E PC I R C U I T O S T R I F Á S I C O SE Q U I P A M E N T O SP O T Ê N C I AF A T O R D E P O T Ê N C I A