Sistemas trifasicos
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Trifásico Υ Sistema Conexiones Delta VENEZUELA Δ Conexiones estrella
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Trabajo Universidad Fermin Toro, sobre sistemas trifásicos, conexiones básicas, cálculos de corriente,voltaje y potencias
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Trifásico
Υ
Sistema
Conexiones
Delta
VENEZUELA
Δ Conexiones
estrella
Los alternadores de las centrales
eléctricas generan sistemas trifásicos
equilibrados en tensiones, de frecuencia 50
Hz y donde las tensiones tienen el mismo
valor eficaz pero están desfasadas 120º
entre si. A lo largo de la red eléctrica este
equilibrio se va perdiendo y la calidad del
suministro disminuye. Sin embargo los
avances técnicos consiguen a través de
potentes y precisos filtros eléctricos, que
se compense la distorsión de las tensiones
y disminuya el grado de desequilibrio. Los
técnicos de electrotecnia sobretodo en
Baja Tensión, debemos de suponer por
tanto que la compañía eléctrica, nos
suministra una acometida con un sistema
trifásico equilibrado en tensiones.
Historia de Circuitos trifásicos
Fundamentos teóricos de los sistemas
trifásicos
Conexiones normadas del generador y la
carga trifásica
Aplicación de los sistemas trifásicos
Calculo de corrientes, voltajes y potencias en
sistemas trifásicos
Calculo de potencias en sistemas trifásicos
HISTORIA CIRCUITOS
TRIFASICOS
El descubrimiento de el campo magnético
rotatorio producido por las interacciones
de corrientes de dos y tres fases en un
motor fue uno de sus más grandes logros
y fue la base para la creación de su motor
de inducción y el sistema polifásico de
generación y distribución de electricidad.
Gracias a esto, grandes cantidades de
energía eléctrica pueden ser generadas y
distribuidas eficientemente a lo largo de
grandes distancias, desde las plantas
generadoras hasta las poblaciones que
alimentan. Aún en estos días se continúa
utilizando la forma trifásica de el sistema
polifásico de Tesla para la transmisión de
la electricidad, además la conversión de
electricidad en energía mecánica es
posible debido a versiones mejoradas de
los motores trifásicos de Tesla. En Mayo
de 1885, George Westinghouse, cabeza
de la compañía de electricidad
Westinhouse compró las patentes del
sistema polifásico de generadores,
transformadores y motores de corriente
alterna de Tesla. En octubre de 1893 la
comisión de las cataratas del Niágara
otorgó a Westinghouse un contrato para
construir la planta generadora en las
cataratas, la cual sería alimentada por los
primeros dos de diez generadores que
Tesla diseñó. General Electric registró
algunas de las patentes de Tesla y recibió
un contrato para construir 22 millas de
líneas de transmisión hasta Buffalo..
Nikola Tesla, un
inventor Serbio-
Americano fue
quien descubrió el
principio del campo
magnético rotatorio
en 1882, el cual es
la base de la
maquinaria de
corriente alterna
Él inventó el sistema
de motores y
generadores de
corriente alterna
polifásica que da
energía al planeta. Sin
sus inventos el día de
hoy no sería posible
la electrificación que
impulsa al
crecimiento de la
industria y al
desarrollo de las
comunidades.
FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE
TENSIÓN TRIFÁSICA Para generar tensiones trifásicas es necesario un
alternador con tres devanados iguales pero
desfasados 120º en el espacio. Normalmente estos
devanados se encuentran en la parte no giratoria de
la máquina llamada estator. La variación de flujo
magnético necesaria para generar Fem, se consigue
al circular corriente continua por un devanado
inductor situado en la parte móvil llamada rotor, que
se somete a giro mediante una fuerza motriz exterior
(turbina). De esta forma, el campo magnético creado
por el devanado rotórico es constante, pero los
devanados del estator lo “ven” variable debido a que
el rotor está girando. En Fig. 1 podemos ver un
alternador elemental de 2 polos, donde las Fems
inducidas en cada bobina estatórica son
iguales en valor eficaz pero están desfasadas 120º.
1
FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
RED TRIFÁSICA Y MONOFÁSICA
Inicialmente son las centrales eléctricas las
encargadas de generar tensiones trifásicas, mediante los
alternadores. Estos normalmente suelen producir
tensiones de 12, 15, 20 o 22 (KV) que, tras ser elevadas
mediante un transformador se transportan a grandes
distancias mediante líneas eléctricas trifásicas.
Posteriormente estas líneas sufren reducciones de
tensión mediante transformadores para poder alimentar
a los puntos de consumo tanto industriales, comerciales
y domésticos . Ten en cuenta que desde la central hasta
los puntos de consumo en BT, las redes que transportan
la energía eléctrica son trifásicas .
En los puntos de consumo como por ejemplo la entrada
a los edificios, las líneas trifásicas se van desdoblando
en monofásicas para alimentar a pequeños
consumidores como viviendas, locales comerciales, etc.
En la siguiente figura podemos ver una línea monofásica
de BT a partir de una trifásica.
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FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
SECUENCIA DE FASES: Fijado un origen de
fases (fase 1, R), es el orden en el que se
suceden las fases restantes (2, 3; S, T).
Concepto Relativo que se determina
experimentalmente.
Concepto útil y práctico. Determina el grupo de
conexión de los transformadores, los métodos de
medida de potencia, el sentido de giro de los
motores de inducción.
3 FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
SISTEMA TRIFÁSICO
EQUILIBRADO 0
R S T
R S T
E E E
E E E
VOLTAJES TRIFÁSICOS BALANCEADOS
Para que los tres voltajes de un sistema trifásico
estén balanceados deberán tener amplitudes y
frecuencias idénticas y estar fuera de fase entre
sí exactamente 120 .
Importante: En un sistema trifásico balanceado
la suma de los voltajes es igual a cero: Va + Vb + Vc = 0
VOLTAJES DE FASE
Cada bobina del generador puede ser
representada como una fuente de voltaje
senoidal.
Para identificar a cada voltaje se les da el nombre
de voltaje de la fase a, de la fase b y de la fase c.
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FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
SECUENCIA DE FASE POSITIVA
Por convención se toma siempre como voltaje de
referencia al voltaje de fase a.
Cuando el voltaje de fase b está retrasado del voltaje de
fase a 120 y el voltaje de fase c está adelantado al de
fase a por 120 se dice que la secuencia de fase es
positiva. En esta secuencia de fase los voltajes alcanzan
su valor pico en la secuencia a-b-c.
Los voltajes de a, b y c representados con fasores
son los siguientes:
en donde Vm es la magnitud del voltaje de la fase a.
SECUENCIA DE FASE NEGATIVA
En la secuencia de fase negativa el voltaje de fase b
está adelantado 120 al de la fase a. y el voltaje de fase
c está atrasado 120 al de la fase a.
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FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
NEUTRO
Normalmente los generadores trifásicos están
conectados en Y para así tener un punto neutro
en común a los tres voltajes. Raramente se
conectan en delta los voltajes del generador ya
que en conexión en delta los voltajes no están
perfectamente balanceados provocando un
voltaje neto entre ellos y en consecuencia una
corriente circulando en la delta.
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FUNDAMENTO
TEORICO DE SISTEMAS
TRIFASICOS
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
CONEXIONES BASICAS
CONEXIÓN INDEPENDIENTE: Se emplea el sistema
trifásico para alimentar tres cargas monofásicas
individualmente. Requiere de 6 conductores para
distribuir la energía
Para reducir el número de conductores,
se emplea la conexión:
• ESTRELLA
• TRIÁNGULO
CONEXIONES BASICAS: CARGAS
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
Conexión en TRIÁNGULO Conexión en ESTRELLA
Punto NEUTRO de la fuente
Condiciones para que la Fuente Trifásica sea
EQUILIBRADA 0
gR gS gT
R S T
R S T
Z Z Z
U U U
U U U
CONEXIONES BASICAS: FUENTE
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
Punto NEUTRO de la fuente
Condiciones para que la Fuente Trifásica sea
EQUILIBRADA
Conexión en TRIÁNGULO Conexión en ESTRELLA
1 2 3Z Z Z
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
EL CIRCUITO Y a Y
Este circuito trifásico consta de tres partes: una fuente
trifásica, una carga trifásica y una línea de transmisión. La
fuente trifásica consta de tres fuentes de voltaje senoidal
conectadas en Y. Las impedancias que componen la carga se
conectan para formar una Y. La línea de transmisión que se
utiliza para conectar la fuente y la carga puede constar de
cuatro cables, incluyendo uno que conecta el nodo neutro de
la fuente con el nodo neutro de la carga. O de tres cables ,
sin un cable que conecte el nodo neutro de la fuente con el
nodo neutro de la carga.
Circuito Y a Y
Cuatro cables
Circuito Y a Y
tres cables
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
CONEXIÓN EN DELTA EN LA FUENTE y la carga
En las figuras mostradas abajo se muestra la
fuente conectada en delta. Sin embargo, esta
conexión del generador rara vez se usa en la practica
debido a que cualquier ligero desbalance en la
magnitud o en la fase de los voltajes trifásicos dejara
de producir una suma cero. El resultado sería una
corriente elevada circulando en las bobinas del
generador que lo calentarían y mermarían su
eficiencia.
Conexión Δ - Δ
Conexión Δ - Y
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
EL CIRCUITO Y a Δ
Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las
corrientes en la línea. Si las tensiones entre línea y neutro están
equilibradas y son sinuosidades, el valor eficaz de las tensiones
respecto al neutro es igual al producto de 1/"3 por el valor eficaz de las
tensiones entre línea y línea y existe un desfase de 30º entre las
tensiones de línea a línea y de línea a neutro más próxima.
Las tensiones entre línea y línea de los primarios y secundarios
correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en
concordancia de fase.
Por tanto, la conexión en estrella será particularmente adecuada
para devanados de alta tensión, en los que el aislamiento es el
problema principal, ya que para una tensión de línea determinada las
tensiones de fase de la estrella sólo serían iguales al producto 1/ "3
por las tensiones en el triángulo.
CONEXIONES NORMADAS DEL
GENERADOR Y LA CARGA TRIFASICA
EL CIRCUITO Y a Δ
Supongamos que disponemos de tres impedancias iguales y
pretendemos con ellas realizar una carga trifásica. El consumo de
corriente de línea de la carga, dependerá de que la conexión sea
estrella o triángulo. Vamos a comparar las expresiones vistas en el
apartado anterior, suponiendo que evidentemente la tensión de red no
varía:
!! Tres impedancias en triángulo consumen el triple de corriente de
línea que en estrella, a la misma tensión de red!!
APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS
TRIFASICOS
Algunas de las razones
por las que la energía
trifásica es superior a
la monofásica son :
La potencia en KVA
(Kilo Volts Ampere) de
un motor trifásico
es aproximadamente
150% mayor que la de
un motor monofásico.
La potencia
proporcionada por un
sistema monofásico cae
tres veces por ciclo. La
potencia proporcionada
por un sistema trifásico
nunca cae a cero por
lo que la potencia
enviada a la carga es
siempre la misma.
La principal aplicación para los
circuitos trifásicos se encuentra
en la distribución de la energía
eléctrica por parte de la
compañía de luz a la población.
Nikola Tesla probó que la mejor
manera de producir, transmitir y
consumir energía eléctrica era
usando circuitos trifásicos.
En un sistema trifásico
balanceado los
conductores necesitan
ser el 75% del
tamaño que
necesitarían para un
sistema monofásico 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.
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
EL CIRCUITO ESTRELLA-
ESTRELLA
Cada impedancia de la carga trifásica se conecta
directamente a través de una fuente de voltaje de la fuente
trifásica. Por tanto, se conoce el voltaje a través de la
impedancia, y las corrientes de línea se calculan con
facilidad como
La corriente en el cable que conecta el nodo neutro de la
fuente con el nodo neutro de la carga es
La potencia
promedio que
entrega la fuente
trifásica a la carga
trifásica se calcula
sumando la
potencia promedio
que se entrega a
cada impedancia
de la carga
P= Pa+Pb+Pc
NOTA: En la
tabla siguiente, se
muestra resumen
de circuito estrella-
estrella balanceado
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
EL CIRCUITO ESTRELLA-DELTA
Al aplicar LCK a un sistema Y-Δ a los nodos de la carga
conectada en Δ se demuestra que la relación entre las
corrientes de línea y las corrientes de fase es
Las corrientes de fase en la carga conectada en Δ pueden
calcularse a partir de los voltajes de línea a línea.
La potencia
promedio que
entrega la fuente
trifásica a la carga
trifásica se calcula
sumando la
potencia promedio
que se entrega a
cada impedancia
de la carga
P= Pa+Pb+Pc
NOTA: En la
tabla siguiente, se
muestra resumen
de circuito estrella-
delta balanceado
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
EL CIRCUITO DELTA y la carga Supóngase que la carga conectada en Δ esta balanceada,
es decir, Z1=Z2=Z3=ZΔ. La carga equivalente conectada
en Y también estará balanceada, de donde Za=Zb=Zc=Zy.
Se tiene entonces
Por tanto, si se tiene una fuente conectada en Y y una
carga balanceada conectada en Δ se convierte a una
carga en Y con Zy= ZΔ/3. Entonces la corriente de línea
Por tanto, solo se considera la configuración Y a Y. En
caso de encontrarse la configuración Y a Δ, la carga
conectada en Δ se convierte una carga equivalente en Y
La potencia
promedio que
entrega la fuente
trifásica a la carga
trifásica se calcula
sumando la
potencia promedio
que se entrega a
cada impedancia
de la carga
P= Pa+Pb+Pc
NOTA: En la
tabla siguiente, se
muestra resumen
de circuito estrella-
estrella balanceado
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
En un sistema trifásico, para calcular la potencia de cada fase, aplicaremos las mismas
expresiones que para un sistema monofásico.
Estas expresiones serán:
POTENCIA ACTIVA: En cada fase la potencia activa se calculará:
La unidad de medida será el Batió (W).
POTENCIA REACTIVA: La potencia reactiva se calculará para cada fase usando la
expresión
La potencia reactiva se medirá en Voltamperios reactivos (VAr).
POTENCIA APARENTE: Igualmente, la potencia aparente se calculará para cada
fase:
La unidad de medida es el Voltamperio (VA).
Las potencias totales en un sistema trifásico serán:
Si se trata de un sistema equilibrado, el cálculo de la potencia se simplifica bastante al
ser iguales las tensiones, intensidades y ángulos de fase:
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
CALCULO DE CORRIENTE, VOLTAJE Y
POTENCIA PARA SISTEMA TRIFASICOS
