SISTEMAS TRIFASICOS BALANCEADOS Y DESBALANCEADOS
I) OBJETIVOS
Conocer las características de un sistema trifásico balanceado y desbalanceado conectado en delta y en estrella.
II) INTRODUCCION TEORICA A) CIRCUITOS TRIFÁSICOS BALANCEADOS: Las fuentes de voltaje monofásicas que se han empleado en el anterior publicación se originan como parte de un sistema trifásico. Un sistema de voltajes trifásico balanceado se compone de tres voltajes monofásicos que tienen la misma amplitud y la misma frecuencia de variación, pero están desfasados en el tiempo 120 cada uno con respecto a los otros dos. En la figura 6.1. a, se da una representación esquemática de tal sistema en una configuración Y. En la figura 6.1. b, puede verse el diagrama fasorial del sistema de voltajes trifásico. El diagrama en el tiempo correspondiente de cada voltaje monofásico se muestra en la figura 6.1. c; el valor máximo positivo ocurre primero en la fase A y luego sucesivamente en las fases B y C. Por esta razón se describe el voltaje trifásico de la figura 6.1. Indicando que tiene una secuencia de fases ABC.
Figura 6.1. Sistema de voltajes trifásico balanceado
RELACIONES ENTRE CORRIENTES Y VOLTAJES DE LA CONEXIÓN EN Y: Cada sistema trifásico balanceado se puede analizar mediante los procedimientos que se aplicaron a cada fase. De aquí que todo lo experimentado en prácticas previas son aplicables a los sistemas trifásicos simétricos. La disposición de tres voltajes monofásicos en una configuración en Y requiere de alguna modificación para tratar con los efectos totales. Existen dos conjuntos de voltajes (figura 6.2.): Voltajes de línea (V AB, VBC, VCA): es el voltaje efectivo entre dos líneas, se
representa por VLL. Voltajes de fase (V NA, VNB, VNC): es el voltaje efectivo entre una línea y el neutro,
se representa por VNL. Estos dos conjuntos de voltajes están relacionados así:
Cualquier corriente que fluya desde la terminal de línea A (o B o C) debe ser de la misma que aquella que fluye a través del voltaje fuente de fase que aparece entre las terminales N y A (o N y B, o N y C). Por lo tanto, el generador trifásico conectado en Y la corriente de línea es igual a la corriente de fase, es decir:
ILL valor efectivo de la corriente de línea. INL valor efectivo de la corriente de fase. El comportamiento descrito anteriormente es igual para las cargas balanceadas conectadas en Y.
Figura 6.2. Relación de fase y magnitud entre los voltajes V LL y VNL
RELACIONES ENTRE CORRIENTES Y VOLTAJES DE LA CONEXIÓN EN DELTA ( ):
La relación entre las corrientes de línea y de fase son:
Figura 7.2. Diagrama fasorial de corrientes de línea y corrientes de fase IL Corriente efectiva de línea IF Corriente efectiva de fase Las corrientes por cada una de las fases de una carga trifásica equilibrada son iguales en magnitud y desfasadas 120 una con respecto a la otra. Como consecuencia las tres corrientes de línea son también iguales en magnitud y desfasadas 120 una con respecto de la otra.
B) CIRCUITOS TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS: El cálculo de un circuito trifásico desbalanceado se lleva a cabo mediante un análisis de nodos o de mallas, porque la simetría espacial, que permite reemplazar un problema trifásico equilibrado por otro monofásico representativo, ya no existe. También es evidente que las ventajas del trifásico sobre el monofásico desaparecen si el circuito está muy desequilibrado. También es posible calcular este tipo de circuitos usando el método de las componentes trifásicas. Conexión en delta ( ) abierta: para estudiar la carga trifásica desequilibrada se emplea la de la figura 10.1., la cual es una carga en conexión delta desbalanceada, ya que la tercera impedancia que cierra el triángulo se omite. La tercera impedancia se puede considerar como si fuera demasiado grande (infinita): se trata como un circuito abierto.
Figura 10.1. Circuito desbalanceado en conexión
abierta
Las dos impedancias son iguales, pero falta la tercera, que si estuviera conectada entre A y B daría lugar a que la carga total fuese un triángulo equilibrado. Las tensiones de línea en los terminales de la carga se suponen equilibradas y de secuencia ABC, por tanto:
El diagrama fasorial que representa el análisis anterior se muestra en la figura 10.2
Figura 10.2 Diagrama fasorial del circuito desbalanceado en conexión
abierta
Puesto que las tres corrientes de línea no son iguales, si esta carga se conectará a una fuente por medio de conductores, la potencia perdida en el conductor C sería el triple de la perdida en A o en B. Además las tensiones en las impedancias de los conductores serian desiguales y desequilibrados. Puesto que las tres corrientes de línea no son iguales, si esta carga se conectará a una fuente por medio de conductores, la potencia perdida en el conductor C sería el triple de la perdida en A o en B. Además las tensiones en las impedancias de los conductores serian desiguales y desequilibrados. Conexión en Y desequilibrada: en el estudio de la conexión en Y desequilibrada se emplea el circuito de la figura 10.3.
Figura 10.3 Circuito trifásico en conexión Y desequilibrado Suponiendo conocidas las tensiones de la fuente, puede calcularse la corriente de línea si se conocen también las tensiones de A, B y C con respecto al punto neutro de la carga. La tensión (V NN’) se calcula empleando el método de los nodos. Puede obtenerse un circuito equivalente con respecto a los terminales N y N’, convirtiendo cada fuente de tensión en fuente de corriente, este circuito se muestra en la figura 10.4.
Figura 10.4. Equivalente de fuentes de corriente, con respecto a N-N’ La aplicación de la ley de corrientes de Kirchhoff a la unión da:
Si los neutros N y N’ se unen por medio de una impedancia nula (admitancia infinita), VNN’ será cero y la tensión en cada impedancia de fase no dependerá de las otras impedancias. Si, por el contrario Z NN’ es apreciable, la tensión en cada impedancia de fase influirá en las otras.
III) MATERIALES Y EQUIPOS
Banco trifásico o generador estrella Voltímetro Resistencias Cables de conexiones
IV) DISEÑO EXPERIMENTAL
. FIGURA 1: CARGAS CONECTADAS EN DELTA
FIGURA 2: CARGAS CONECTADAS EN ESTRELLA
