Instituto Tecnológico de Puebla
Ingeniería Mecánica
Circuitos y Máquinas Eléctricas
Unidad 4
Trabajo de Investigación !iste"as Tri#ásicos
$lu"no %osé Eduardo Maldonado &ourguet' (o' de Control )4**+,-+ .ec/a de entrega 01))1)-
Introducción La mayor mayor parte parte de la generac generación, ión, transmisió transmisión, n, distrib distribució ución n y utilizac utilización ión de la energ energía ía eléctr eléctrica ica se efect efectúa úa por por medio medio de sistem sistemas as polifá polifásic sicos; os; por por razon razones es económicas y operativas los sistemas trifásicos son los más difundidos. En esta esta unida unidad d númer número o se estud estudiar iaran an los siste sistemas mas trifá trifásic sicos os.. !sí como como la secuencia de fase !, las cone"iones delta y estrella, las corrientes de fase y la corriente de línea y por último como se presenta un sistema trifásico balanceado y no balanceado. #odo esto debido a $ue estos sistemas son los $ue con más frecu frecuenc encia ia se utiliz utilizan an en la genera generació ción, n, transp transport orte e y distr distribu ibuci ción ón de energ energía ía eléctrica y su estudio es fundamental para la materia y para nuestra formación en nuestra carrera.
!ecuencia de .ase El orden en $ue las tensiones o corrientes ad$uieren sus valores má"imos se denomina secuencia de fases. !sí la secuencia !%& significa $ue la tensión 'a presenta su má"imo antes $ue la tensión 'b y a su vez esta lo (ace antes $ue la tensión 'c. Esto es válido para cual$uier otra secuencia y para las corrientes. La siguiente figura ilustra la secuencia !%&.
)e acuerdo a la secuencia de fases se definen* +ecuencia directa* cuando respecto a un punto fio los tres vectores de tensión girando en sentido anti (orario pasan por el punto fio en el siguiente orden* !, %, &. +ecuencia -nversa* cuando respecto a un punto fio los tres vectores de tensión girando en sentido anti (orario pasan por el punto fio en el siguiente orden* &, %, !.
Cone2ión 3elta y Estrella La mayor mayor parte parte de la generac generación, ión, transmisió transmisión, n, distrib distribució ución n y utilizac utilización ión de la energ energía ía eléctr eléctrica ica se efect efectúa úa por por medio medio de sistem sistemas as polifá polifásic sicos; os; por por razon razones es económi económicas cas y operati operativas vas los sistemas sistemas trifásicos trifásicos son los más difundi difundidos dos.. Los devanados de fase de los generadores y consumidores de corriente trifásica se conectan según el es$uema en estrella o en triángulo delta/. Cone2ión en estrella 56
+i los devanados de fase de un generador o consumidor se conectan de modo $ue los finales de los devanados se unan en un punto común, y los comienzos comienzos de éstos éstos sean sean cone conecta ctado dos s a los los conduc conducto tores res de la línea, línea, tal tal cone" cone"ión ión se llama llama cone"ión en estrella y se designa con el símbolo 0. Punto neutro de la cone2ión 7
+on los puntos en los cuales están unidos los terminales de los devanados de fase del generador o del consumidor, en la figura 1 2 es el punto neutro del generador y 23 el punto neutro del consumidor. !mbos puntos 2 y 23 están unidos con un conductor conductor $ue se llama conductor neutro o (ilo central. Los otros tres conductores conductores del sistema trifásico $ue van al generador se llaman conductores de la línea )e este este modo modo el gene genera rado dorr está está unid unido o con con el cons consu umido midorr medi media ante nte cuatr uatro o conductores. )ic(o sistema se llama sistema tetrafilar de corriente trifásica. Corrientes y tensiones de la cone2ión 7
)urante el servicio por el conductor neutro pasa una corriente igual a la suma geométrica de tres corrientes -!, -% e -& $ue son las corrientes de fase, es decir* I N = I A + I B + I C
4ara 4ara este tipo de cone"i cone"ión ón las corrient corrientes es de línea y de fase
coinciden Las tensiones medidas entre los comienzos de las fases del generador o consumidor y el punto neutro se llaman tensiones de fase y se designan con 5!, 5%, 5& o en forma general con 5f. ! menudo se establecen de antemano las magnitudes de la fuerza electromotriz en los devanados de fase del generador, designándose éstas con
E A E B E C
Cone2ión en triángulo o delta 86
Los generadores o consumidores de corriente trifásica pueden conectarse no solo en estrella sino también en triángulo o delta. La cone"ión en triángulo se eecuta de modo $ue el e"tremo final de la fase ! esté unido al comienzo de la fase %, el e"tremo final de la fase % esté unido al comienzo de la fase & y el e"tremo final de la fase & esté unido al comienzo de la fase !. ! los lugares de cone"ión de las fases se conectan conductores de la línea.
Corrientes y tensiones de la cone2ión 86
&uando los devanados del generador están conectados en 6 cada devanado de fase crea tensión compuesta conectada a los bornes de la resistencia de fase.
Corriente de .ase y de 9ínea La carga se puede conectar en estrella o en triángulo al igual $ue la fuente. +e dice $ue la carga es e$uilibrada cuando las tres impedancias de carga son iguales. 4or eemplo para el caso de carga conectada en triángulo alimentada por un sistema directo de tensiones de valor eficaz 778 ', esto es*
+e puede observar $ue la relación entre las corrientes de fase y de línea es raíz de tres.
La relación de fases entre el sistema de corrientes de fase y de línea es 98:.
!iste"as Tri#ásicos &alanceados y (o &alanceados !iste"as Tri#ásicos &alanceados
5n sist sistem ema a de volt volta aes es trif trifás ásic ico o bala balanc ncea eado do se comp compon one e de tres tres volt volta aes es monofásicos $ue tienen la misma amplitud y la misma frecuencia de variación, pero están desfasados en el tiempo 178 cada uno con respecto a los otros dos.
En la figura <.1. a, se da una representación es$uemática de tal sistema en una configuración 0. En la figura <.1. b, puede verse el diagrama fasorial del sistema de voltaes trifásico. El diagrama en el tiempo correspondiente de cada voltae monofásico monofásico se muestra en la figura <.1. c; el valor má"imo positivo ocurre primero en la fase ! y luego sucesivamente en las fases % y &. 4or esta razón se describe el voltae trifásico de la figura anterior $ue tiene una secuencia de fases !%&. :elaciones entre corrientes y voltajes de la corriente en 7
&ada sistema trifásico balanceado se puede analizar mediante los procedimientos $ue se aplicaron a cada fase. )e a$uí $ue todo lo e"perimentado en prácticas previas son aplicables a los sistemas trifásicos simétricos. La disposición de tres voltaes monofásicos en una configuración en 0 re$uiere de alguna modificación para tratar con los efectos totales. E"isten dos conuntos de voltaes
( V
'oltaes de línea representa por
AB,
V ¿
'oltaes de fase se representa por
V BC , V CA ) :
es el voltae efectivo entre dos líneas, se
.
( V
NA,
V N B ,V N C )
V N L
* es el voltae efectivo entre una línea y el neutro,
.
&ual$uier &ual$uier corriente $ue fluya desde la terminal de línea ! o % o &/ debe ser de la misma $ue a$uella $ue fluye a través del voltae fuente de fase $ue aparece entre las terminales = y ! o = y %, o = y &/. 4or lo tanto, el generador trifásico conectado en 0 la corriente de línea es igual a la corriente de fase, es decir* I ¿ = I NL
I ¿ > valor efectivo de la corriente de línea. I NL > valor efectivo de la corriente de fase.
El comportamiento descrito anteriormente es igual para las cargas balanceadas conectadas en 0. !iste"as Tri#ásicos (o &alanceados
El cálculo de un circuito trifásico desbalanceado se lleva a cabo mediante un análisis de nodos o de mallas, por$ue la simetría espacial, $ue permite reemplazar un problema trifásico e$uilibrado por otro monofásico monofásico representativo, representativo, ya no e"iste. #ambié mbién n es evid eviden ente te $ue $ue las las vent venta aas as del del trif trifás ásic ico o sobr sobre e el mono monofá fási sico co desaparecen si el circuito está muy dese$uilibrado. #ambién es posible calcular este tipo de circuitos usando el método de las componentes trifásicas. &one"ión en delta )/ abierta* para estudiar la carga trifásica dese$uilibrada se emplea la de la figura 18.1.
La cual cual es una una carga carga en cone"i cone"ión ón delta delta desb desbala alanc ncea eada, da, ya $ue $ue la tercer tercera a impedan impedancia cia $ue cierra el triángul triángulo o se omite. omite. La tercera tercera impedancia impedancia se puede puede
considerar como si fuera demasiado grande infinita/* se trata como un circuito abierto. Las dos impedancias son iguales, pero falta la tercera, $ue si estuviera conectada entre ! y % daría lugar a $ue la carga total fuese un triángulo e$uilibrado. Las tensiones de línea en los terminales de la carga se suponen e$uilibradas y de secuencia !%&, por tanto*
El diagrama fasorial $ue representa el análisis anterior es*
4uesto $ue las tres corrientes de línea no son iguales, si esta carga se conectará a una fuente por medio de conductores, la potencia perdida en el conductor &
sería el triple de la perdida en ! o en %. !demás las tensiones en las impedancias de los conductores serian desiguales y dese$uilibrados.
4uesto $ue las tres corrientes de línea no son iguales, si esta carga se conectará a una fuente por medio de conductores, la potencia perdida en el conductor & sería el triple de la perdida en ! o en %. !demás las tensiones en las impedancias de los conductores serian desiguales y dese$uilibrados. &one"ión en 0 dese$uilibrada* en el estudio de la cone"ión en 0 dese$uilibrada se emplea el circuito siguiente*
+uponiendo conocidas las tensiones de la fuente, puede calcularse la corriente de línea si se conocen también las tensiones de !, % y & con respecto al punto neutro de la carga. La tensión '==?/ se calcula empleando el método de los nodos. 4uede obtenerse un circuito e$uivalente con respecto a los terminales = y =?, convirtiendo cada fuente de tensión en fuente de corriente.
Conclusión 4odemos concluir $ue en un sistema trifásico se presentan una serie de ventaas como como son son la senc sencil ille lez z de sus sus líne líneas as de tran transp spor orte te de ener energí gía a y de los los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores. 2tra 2tra vent ventaa aa $ue $ue nos nos prese present ntan an estos estos siste sistemas mas es $ue $ue la produ producci cción ón de las má$uinas trifásicas es siempre mayor $ue las de las má$uinas monofásicas del mismo tama@o, apro"imadamente 1,A más. !sí para un tama@o y voltae dado un alternador trifásico ocupa menos espacio y es menos costoso también $ue los monofásicos del mismo tama@o. 4or todo lo mencionado anteriormente el estudio de esto sistemas es de vital importancia para la materia de circuitos y ma$uinas eléctricas.
&ibliogra#ía BBB.ie.itcr.ac. BBB.ie. itcr.ac.crCmarinClicCel711 crCmarinClicCel711Cpolifasicos.pdf Cpolifasicos.pdf BBB.uib.catCdepartCdf BBB.uib.catCd epartCdfsCD#ECe sCD#ECeducatio ducationCindus nCindustrialCc trialCconma$. onma$...Cteori ..CteoriaC...C aC...C tr tri#a i#asic sica a.pdf (ttps*CCBBB.frb (ttps*CCB BB.frba.utn.ed a.utn.edu.arC(tml u.arC(tmlCElectric CElectricaC...C&a aC...C&apitulo pitulo9 9 !is !iste te"a "as s Tri#as Tri# asico icos s.pdf
