FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS

FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS

1.- INTRODUCCION

Nikola Tesla, un inventor Serbio-Americano fue quien descubri el principio del campo magntico rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna.l invent el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifsica que da energa al planeta. Sin sus inventos el da de hoy no sera posible la electrificacin que impulsa al crecimiento de la industria y al desarrollo de las comunidades.

La mayor parte de la generacin, transmisin, distribucin y utilizacin de la energa elctrica se efecta por medio de sistemas polifsicos; por razones econmicas y operativas los sistemas trifsicos son los ms difundidos y se detallarn posteriormente.

Una fuente trifsica de tensin esta constituida por tres fuentes monofsicas de igual valor eficaz pero desfasadas 120 entre ellas como se aprecia en la siguiente figura en el diagrama de ondas de un sistema trifsico.

Fasorialmente se puede expresar de la siguiente manera:

1.1.- Definiciones Importantes

Tensin de lnea compuesta: tensin entre dos lneas del sistema (UAB, UBC, UCA)

Tensin de fase: tensin de cada fuente del sistema o tensin sobre la impedancia de cada rama.

Corriente de lnea: corriente por la lnea que sale de la fuente o corriente solicitada por la carga.

Corriente de fase: corriente por la fuente o por la impedancia de cada rama.1.2.- Sistema Triangulo y Sistema Estrella

En la siguiente figura cada fuente representa la bobina de un generador trifsico donde se inducen las tres tensiones del sistema trifsico

Estas tres fuentes se pueden conectar en una de las dos formas que se presentarn a continuacin.

a) Conexin en Triangulo

En la conexin en triangulo la conexin de las fuentes se hace de la siguiente manera

Para este tipo de conexin las tensiones de fase coinciden con las tensiones de lnea.

Las corrientes de fase (IAB, IBC, ICA) son distintas de las corrientes de lnea (IA, IB, IC).

La siguiente figura ilustra estas magnitudes.

Se puede demostrar que para esta conexin la corriente de lnea es igual a la corriente de fase multiplicada por raz de tres.b) Conexin en Delta

La conexin en Delta se realiza de la siguiente manera:

Para este tipo de conexin las corrientes de lnea (IA, IB, IC) y de fase (IAB, IBC, ICA) coinciden en cambio las tensiones de lnea (EAB, EBC, ECA)y de fase (EAN, EBN, ECN) son distintas.La siguiente figura ilustra estas magnitudes.

El punto N se denomina neutro y como se puede observar las tensiones de fase estn definidas respecto de este punto.La siguiente figura ilustra la relacin entre las tensiones de fase y de lnea. Las dos figuras anteriores son equivalentes.A partir de estas figuras se puede deducir la relacin entre las tensiones de fase y de lnea.

Por lo que :

Anlogamente

Los sistemas de tensiones de fase y de lnea difieren en modulo en raz de tres y estn desfasados 30.Observando las figuras podemos notar lo siguiente:- La corriente en cada brazo de la delta es la corriente de fase- El voltaje en cada brazo de la delta es el voltaje de fase.- El voltaje de fase es igual al voltaje de lnea.

1.3.- Relacin de voltajes de lnea a lnea y de lnea a neutro.

Es importante conocer la manera de obtener un voltaje de lnea a lnea a partir de los voltajes de lnea a neutro y viceversa.Las frmulas para obtener voltajes de lnea a lnea del lado de la carga a partir de voltajes de lnea a neutro del lado de la carga en un circuito trifsico con una secuencia positiva son:

en donde es la magnitud del voltaje de lnea a neutro del lado de la carga, los voltajes son los fasores de voltaje de lnea a lnea del lado de la carga y es el fasor de voltaje de lnea a neutro del lado de la carga.

Las frmulas para relacionar los voltajes de lnea a lnea con los de lnea a neutro del lado de la fuente son las mismas pero substituyendo cada voltaje de lnea a lnea de la carga por cada voltaje de lnea a lnea de la fuente y los voltajes de lnea a neutro de la carga por los voltajes de lnea a neutro de la fuente.2.- FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS

La gran pregunta que surge es el Porqu usar los circuitos trifsicos, en vez de usar otros sistemas de ms fases.Las ventajas de usar este tipo de distribucin son las siguientes: Para alimentar una carga de igual potencia elctrica, las corrientes en los conductores son menores que las que se presentan en un sistema monofsico.

Para una misma potencia, las maquinas elctricas son de menor tamao que las maquinas elctricas monofsicas.

Ya que en un circuito trifsico balanceado las tres fases tienen voltajes con la misma magnitud pero desfasados, y las tres lneas de transmisin, as como las tres cargas son idnticas, lo que ocurre en una fase del circuito ocurre exactamente igual en las otras dos fases pero con un ngulo desfasado. Gracias a esto, si conocemos la secuencia de fase del circuito, para resolverlo (encontrar sus voltajes y corrientes) basta con encontrar el voltaje de una sola fase y despus encontrar las de las otras fases a partir de esta.

La suma de los voltajes de un sistema trifsico balanceado es cero, es decir,

Va + Vb + Vc = 0La principal aplicacin para los circuitos trifsicos se encuentra en la distribucin de la energa elctrica por parte de la compaa de luz a la poblacin. Nikola Tesla prob que la mejor manera de producir, transmitir y consumir energa elctrica era usando circuitos trifsicos.

Algunas de las razones por las que la energa trifsica es superior a la monofsica son: La potencia en KVA (Kilo Volts Ampere) de un motor trifsico es aproximadamente 150% mayor que la de un motor monofsico.

En un sistema trifsico balanceado los conductores necesitan ser el 75% del tamao que necesitaran para un sistema monofsico con la misma potencia en VA por lo que esto ayuda a disminuir los costos y por lo tanto a justificar el tercer cable requerido.

La potencia proporcionada por un sistema monofsico cae tres veces por ciclo. La potencia proporcionada por un sistema trifsico nunca cae a cero por lo que la potencia enviada a la carga es siempre la misma, como se muestra en las figuras siguientes.

En el anlisis del consumo de energa elctrica de una carga balanceada, se requiere conocer el voltaje entre lneas, las corrientes de lnea y el factor de potencia de la carga trifsica.

Las potencias elctricas trifsicas que para una carga balanceada se puede calcular mediante las expresiones siguientes:

Donde:

P3f _ = Potencia trifsica, en kW

Q3f = Potencia reactiva trifsica, en kVAR

S3f = Potencia aparente trifsica, en kVA

Ulinea = Tensin entre lneas, en Voltios (V)

Ilinea = Corriente de lnea, en Ampere (A)

cos = Coseno del ngulo de desfase o factor de potencia de la carga trifsica.Si la carga es desbalanceada, se requiere el factor de potencia por fase. Aunque en estos casos, se trata de manejar un factor de potencia promedio, especialmente cuando se disea sistemas de compensacin de energa reactiva.2.1.- Motor TrifasicoDentro de los motores de corriente alterna, nos encontramos la clasificacin de los motores trifsicos, asncronos y sincronos.No hay que olvidar que los motores bifsicos y monofsicos, tambin son de corriente alterna.

Los motores trifsicos tienen ciertas caractersticas comunes:

En relacin con su tensin, stos motores cuando su utilidad es industrial suelen ser de 230 V y 400 V, para mquinas de pequea y mediana potencia, siendo considerados de baja tensin. No sobrepasan los 600 KW a 1500 r.p.m.Los motores de mayor tensin, de 500, 3000, 5000, 10000 y 15000 V son dedicados para grandes potencias y los consideramos como motores de alta tensin.Los motores que admiten las conexiones estrella y tringulo, son alimentados por dos tensiones diferentes, 230 V y 400 V, siendo especificado en su placa de caractersticas.

Respecto a su frecuencia tenemos que decir que en Europa se utilizan los 50 Hz, mientras que en Amrica se utilizan los 60 Hz.Aunque la frecuencia de red tenga fructuaciones, siempre que no superen el 1%, el motor rendir perfectamente. Mayores fructuaciones afectar directamente sobre el rendimiento de su potencia. De hecho, para variar la velocidad de esta clase de motores se manipula la frecuencia.

Con respecto a la velocidad los motores trifsicos son construidos para velocidades determinadas que corresponden directamente con las polaridades del bobinado y la frecuencia de la red.

Respecto a la intensidad, el motor trifsico absorbe de la red la intensidad que necesita, dependiendo siempre de la fase en que se encuentre. Por sta razn existen diferentes modos de arranques, para ahorrar energa y preservar el motor.

En sobrecarga pueden asumir un incremento de la intensidad de hasta 1.5 la intensidad nominal sin sufrir ningn dao durante dos minutos.

Tambin se tienen que tener en cuenta las prdidas que tienen los motores trifsicos, sus causas son varias. El rendimiento de los motores de calculan en sus valores nominales, que son los indicados en las placas de caractersticas. Presentan prdidas de entrehierro, por rozamiento, por temperatura y en el circuito magntico.Los rotores de jaula de ardilla (con rotor en cortocircuito) son los ms usados por su precio y su arranque. En cambio, los motores de rotor bobinado o tambin llamados de anillos rozantes necesitan ser arrancados con resistencias rotricas, lo que incrementa su precio y su complejidad.

Los motores de rotor cortocircuitado no llevan escobillas, pero si las llevan los que son de colector y de rotor bobinado. 2.2.- Transformador TrifsicoEl transformador, es un dispositivo que no tiene partes mviles, el cual transfiere la energa elctrica de un circuito u otro bajo el principio de induccin electromagntica. La transferencia de energa la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.Casi todos los sistemas importantes de generacin y distribucin de potencia del mundo son, hoy en da, sistemas de corriente alterna trifsicos. Puesto que los sistemas trifsicos desempean un papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella.Considerables ventajas son las que ganan con el uso de un solo transformador trifsico en lugar de tres unidades monofsicas de la misma capacidad total. Las ventajas son rendimiento incrementado, tamao reducido, peso reducido y menor costo. Una reduccin del espacio es una ventaja desde el punto de vista estructural en estaciones generadoras o bien subestaciones.La normalizacin de las conexiones trifsicas del transformador obedece, en principio, a mantener una equiparidad en la aplicacin de los distintos grupos de conexin.Adems, debemos de tener en cuenta en cada una de estas conexiones poseen un desfase diferente entre s, en el caso de conectar los transformadores en paralelo. Por ejemplo, el funcionamiento de los transformadores en paralelo que pertenecen a distintos grupos es imposible, debido a que en alguno de estos casos la corriente circulante exceder varia veces el valor nominal.Esto nos ayuda a entender l porque da la normalizacin, ya que sin ellas se producir un desconocimiento general de los efectos producidos por cada una de las conexiones

3.- BIBLIOGRAFIA

1. http://www.trifasicos.com/

2. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/23510/cap02/02_04_01.html 3. CIRCUITOS ELECTRICOS Joseph Edminister4. http://www.electrica.frba.utn.edu.ar/electrotecnia/trifas/potrif/ 5. http://www.monografias.com/search:%20circuitos_trifasicos6. http://www.trifasicos.com/analisis.php