Análisis de los sistemas trifásicos

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada
(U.N.E.F.A.)
Núcleo Anzoátegui – Sede San Tomé

Análisis de los Sistemas Trifásicos

  Docente:                                                                                          Integrantes:
Franklin Castillo                                                                             Azacon, Milvis                                                                                                                                                                                                                                                      .                                                                                                       España, Frelianny
                                                                                                       Jaramillo, Luis Miguel
                                                                                                       Zacarias, Yelitza
                                                   Ingeniería de Telecomunicaciones. 5to Semestre D-01

Mayo, 2019

INTRODUCCIÓN

   En 1882, el inventor Nikola Tesla descubrió el principio del campo magnético rotatorio, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna.

   A finales del siglo XIX, éste desarrolló y planteó motores y generadores de corriente alterna polifásica, y éste cedió las patentes a George Westinghouse, mismo que consiguió un contrato para construir la primera planta de corriente alterna. Desde entonces, el sistema trifásico se ha implementado de manera universal para la transmisión de energía eléctrica en forma de corriente alterna.

   Éste sistema presenta muchas e importantes ventajas en la generación, distribución y consumo de energía eléctrica con respecto al sistema de corriente continua, como la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos de menor sección que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como el gran rendimiento de por ejemplo, motores a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante, misma que evita vibraciones y esfuerzo, también éste permite que los motores trifásicos les sea posible arrancar por sí mismos, mientras que los monofásicos necesitan de dispositivos especiales para conseguir su arranque.

ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS TRIFÁSICOS

   Un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica el cual se encuentra formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud, las cuales presentan entre ellas una diferencia de fase de 120º y las mismas están dadas en un orden determinado. A este tipo de sistema se le dice que está equilibrado cuando sus corrientes tienen magnitudes iguales y se encuentran desfasadas simétricamente.

   Cuando las corrientes tienen magnitudes distintas o presentan distintos desfases entre ellas se dice que el sistema de tensiones esta desequilibrado, por lo que se le conoce como un sistema desbalanceado.

• Generadores Trifásicos.

   Los generadores trifásicos son aquellos que tienen tres conjuntos de devanados, por lo que van a producir tres voltajes de corriente alterna en lugar de uno solo, las cuales van a presentar una diferencia de fase entre ellas de 120º.

   Vamos a considerar primero un generador de una sola fase elemental (un solo devanado) de la figura a. Como podemos ver en la figura c, conforme va girando la bobina AA’ se va a generar una forma de onda sinusoidal  . Si a esta bobina le agregamos dos devanados más, se generaran dos voltajes adicionales. Ya que los mismo son idénticos (que los AA’), excepto por su posición en el rotor, los voltajes producidos serán iguales.[pic 1]

[pic 2]

   Como ya sabemos, entre los devanados va haber una diferencia, el BB’ se encontrará 120º antes del AA’ por lo que el voltaje  se atrasa 120º con respecto al voltaje . Lo mismo pasa con CC’ con la diferencia de que éste se encontrará 120º después del AA’ por lo que el voltaje  estará adelantado 120º con respecto al voltaje . [pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

Es decir, los voltajes generados son iguales en magnitud sólo que con una diferencia de posición. Lo que significa que si  está en 0°, entonces,  estará en -120° y  en +120°.[pic 7][pic 8][pic 9]

[pic 10]

Expresando éstas tres tensiones matemáticamente tenemos:

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

• Secuencia de Fases

   Con la secuencia de fases nos referimos al orden en el que se encuentran u ocurren los voltajes trifásicos, ésto se puede observar mediante los fasores. En los sistemas trifásicos existen dos tipos de secuencias, en las cuales se encuentran la secuencia ABC, o secuencia de fase positiva y la secuencia ACB o secuencia de fase negativa.  El sentido en el que giran los fasores siempre se tomará en sentido antihorario, tomándolo así como secuencia de fase ABC, pero en caso de que la dirección de la rotación se invierta, hablaremos de la secuencia ACB.

   A la hora de resolver problemas, es necesario especificar ésta secuencia de fases y en el caso de que la misma se omita, se considerará como positiva, ya que los sistemas de potencia generan ésta secuencia.

   Para comprender un poco más, tenemos éstas figuras en la que se encuentran un sentido de sucesión de fases A, B, C y A, C, B, representando los fasores de tensiones de dos sistemas trifásicos.

[pic 14]

   Como dicho anteriormente, los fasores girarán a una velocidad angular “w” en el sentido antihorario, o contrario a las agujas del reloj. Un observador que situamos en una posición fija podrá observar los fasores girando en el orden ABC, lo que representaría la primera figura. Ahora, en el caso de la figura b, la secuencia será ACB.

   Éstas secuencias son de gran importancia en los sistemas de energía eléctrica, ya que los mismos serán los que determinarán hacia dónde, en qué sentido rotarán los motores trifásicos. Si se intercambian dos tensiones de fase, automáticamente se cambiará la secuencia y con ello, el sentido de giro del motor.

   Adoptando como referencia la tensión de línea y una secuencia determinada, quedarán definidas las tensiones de líneas y las tensiones de fase.

• Tensiones y Corrientes de Fase y de Línea

• Tensión de Fase: Es la tensión que existe entre un terminal o fase y el punto neutro. Se representa como: , , .[pic 15][pic 16][pic 17]
• Intensidad de Fase: Es la corriente que circula por cada fase de la carga. , , .[pic 18][pic 19][pic 20]
• Tensión de Línea: Es la tensión entre dos conductores o fases. , , .[pic 21][pic 22][pic 23]

• Intensidad de Línea: Corriente que circula por los conductores de conexión , , .[pic 24][pic 25][pic 26]

• Tipos de Conexiones. Cargas Trifásicas.

  Tanto para el generador como para la carga, existen dos tipos de conexiones: En Estrella (Y) y en Delta o Triángulo (Δ). Gracias a ello, el sistema trifásico es capaz de adoptar cuatro combinaciones distintas, mostradas en el siguiente cuadro con el fin de reducir el número de conductores necesarios para alimentar una carga respecto de tres conexiones monofásicas independientes.

   La conexión en Estrella se puede generar si unimos un punto en común N, llamado neutro, a los terminales de polaridad de referencia positiva. Mientras que la conexión Delta la obtenemos uniendo sucesivamente los terminales de distinta polaridad, es decir, que no va a existir un punto en común (punto neutro).

   En conexión Y o estrella, las corrientes de fase y de línea son iguales. La magnitud de la tensión de la línea es  veces la magnitud de la tensión de fase. La tensión de línea se encuentra desfasada ±30º con respecto a la tensión de fase. (El signo positivo para la secuencia positiva y el signo negativo para la secuencia negativa).[pic 27]

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