Explique as diferenças elétricas entre ligação estrela (Y) e ligação delta (Δ). Em sua resposta, discuta: i. Tensão de fase; ii. Tensão de linha; iii. Corrente de linha; iv. Corrente de fase; v. Aplicações típicas.

Ligação Estrela (Y) vs. Ligação Delta (Δ): diferenças elétricas (sistema trifásico balanceado)

Considere $V_L$ = tensão de linha (entre fases), $V_F$ = tensão de fase (na carga/enrolamento), $I_L$ = corrente de linha (no condutor), $I_F$ = corrente de fase (na carga/enrolamento).

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1) Ligação Estrela (Y)

i. Tensão de fase ($V_F$)

• Cada fase da carga/enrolamento fica entre uma fase e o neutro (se existir).
• Relação (balanceado): $V_F = \frac{V_L}{\sqrt{3}}$

ii. Tensão de linha ($V_L$)

• É a tensão entre dois condutores de fase (ex.: AB, BC, CA).
• Relação: $V_L = \sqrt{3}\,V_F$

iii. Corrente de linha ($I_L$)

• Em estrela, o condutor de linha alimenta diretamente uma fase.
• Relação: $I_L = I_F$

iv. Corrente de fase ($I_F$)

• Corrente que circula em cada impedância/enrolamento.
• Como $V_F$ é menor, para a mesma impedância por fase, a corrente por fase tende a ser menor do que em delta (se $V_L$ for o mesmo).

v. Aplicações típicas

• Sistemas com neutro disponível (distribuição 3F+N), permitindo cargas monofásicas fase-neutro.
• Redução de tensão por fase em cada enrolamento (útil para adequar isolamento e níveis de tensão na carga).
• Partida estrela-delta: o motor pode partir em estrela para reduzir corrente de partida (e torque), depois comutar para delta.

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2) Ligação Delta (Δ)

i. Tensão de fase ($V_F$)

• Cada fase da carga/enrolamento fica diretamente entre duas fases (ex.: entre A e B).
• Relação: $V_F = V_L$

ii. Tensão de linha ($V_L$)

• Igual à tensão aplicada em cada fase do delta: $V_L = V_F$

iii. Corrente de linha ($I_L$)

• Em delta, a corrente no condutor de linha é a soma vetorial de correntes de duas fases do triângulo.
• Relação (balanceado): $I_L = \sqrt{3}\,I_F$

iv. Corrente de fase ($I_F$)

• Corrente em cada lado do triângulo (em cada impedância/enrolamento).
• Como cada fase recebe $V_L$ (maior do que $V_L/\sqrt{3}$ da estrela), para a mesma impedância por fase, $I_F$ tende a ser maior do que em estrela.

v. Aplicações típicas

• Cargas/motores trifásicos sem necessidade de neutro.
• Motores em regime nominal quando a tensão de linha corresponde à tensão nominal do enrolamento em Δ.
• Boa tolerância a certos desequilíbrios e presença de correntes internas (por exemplo, harmônicas de sequência zero podem circular dentro do delta sem “ir” para a rede), o que pode ser desejável em algumas aplicações com transformadores.

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Comparação direta (resumo)

• Estrela (Y):

  • $V_F = \dfrac{V_L}{\sqrt{3}}$
  • $I_L = I_F$
  • Possível neutro; menor tensão por fase.

• Delta (Δ):

  • $V_F = V_L$
  • $I_L = \sqrt{3}\,I_F$
  • Sem neutro; cada fase recebe a tensão de linha.

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Observação importante (mesma impedância por fase, mesma $V_L$)

Se a impedância por fase $Z$ for a mesma nas duas ligações e o sistema for balanceado:

• Em estrela: $I_{F,Y} = \dfrac{V_L/\sqrt{3}}{Z}$.
• Em delta: $I_{F,\Delta} = \dfrac{V_L}{Z}$. Logo, $I_{F,\Delta} = \sqrt{3}\, I_{F,Y}$ e, como $I_L$ em delta vale $\sqrt{3}I_F$, resulta: $I_{L,\Delta} = 3\, I_{L,Y}$ Ou seja, para a mesma tensão de linha e mesma impedância por fase, a ligação Δ puxa 3 vezes a corrente de linha da ligação Y.