sistemas trifasicos
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SISTEMAS TRIFASICOS
INTRODUCCIÓN
Un sistema equilibrado de corrientes trifásicas es el conjunto conjunto de tres corrientes alternas monofásicas de igual de tres corrientes alternas monofásicas de igual
frecuencia y amplitudfrecuencia y amplitud (y, por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas
(120º) y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se
designa con el nombre de fasefase.
INTRODUCCIÓN
Lo más característico de los sistemas trifásicos es que las líneas utilizan tres o cuatro hilos (tres fases más el neutro), y con lo que se pueden obtener dos tensiones diferentes.
Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus frecuencias y valores eficaces son iguales y están desfasados simétricamente y dados en un cierto orden. Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es desequilibrado.
Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen intensidades de fase diferentes, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas.
INTRODUCCIÓN
SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
¿Porqué se usan los circuitos trifásicos?
Algunas de las razones por las que la energía trifásica es superior a la monofásica son :
1. La potencia en KVA (Kilo Volts Ampere) de un motor trifásico es aproximadamente 150% mayor que la de un motor monofásico.
2. 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
3. Redes trifásicas crean campos magnéticos giratorios, utilizados por los motores de inducción trifásicos, que son los más baratos y robustos de todos los motores eléctricos.
¿Porqué se usan los circuitos trifásicos?
4. 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.
PARTES DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
Un circuito trifásico podemos dividir en tres partes principales:
Lado de la fuente: Consta de las fuentes de voltaje del generador trifásico; Línea: consta de los cables, transformadores y en gral todo lo que compone el medio mediante el cual se transmite el voltaje de la fuente hasta las cargas. Lado de la carga: consta de todo lo que está consumiendo la potencia generada por la fuente trifásica. Pueden ser aparatos electrónicos, focos, fábricas, casas, etc.
PARTES DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
Hoy en día se utilizan sistemas trifásicos para producir y distribuir la energía eléctrica. Esto presenta varias ventajas. La primera ventaja
y, quizás la más significativa, es el ahorro que se obtiene al distribuir la energía eléctrica bajo un sistema trifásico. En un
sistema trifásico tenemos dos tipos de tensiones diferentes, las tensiones de fases y las tensiones de líneas. Las tensiones de
fases son las tensiones que existen entre cada fase y el neutro y, se denominan U10, U20 y U30, como se puede observar en el
siguiente gráfico:
PARTES DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
Las tensiones de línea son aquellas tensiones que existen entre diferentes fases. Estas tensiones se denominan U12, U23 y U31, como se puede observar en sgte
dibujo:
Existe diferencias entre las tensiones de fases y las tensiones de línea. Las tensiones de líneas normalmente son √3 más elevadas que las tensiones de fases. Todo
dependerá de como este conectado el generador. Puede estar conectado en estrella o en triágulo.
Al disponer de dos tensiones diferentes podemos dedicar la más elevada para la industria y la más baja para zonas residenciales o viviendas.
Además, tenemos que en la industria se utilizan máquinas eléctricas como son los transformadores, los motores trifásicos, etc.
CONCEPTOS RELACIONADOS CON EL SISTEMA TRIFÁSICO
Fases o líneas de faseFases o líneas de fase. Cuando se utiliza esta expresión es que nos estamos refiriendo a los tres conductores que conforman la línea o el tendido trifásico.
Tensión o voltaje de líneaTensión o voltaje de línea. Nos referimos a la tensión que hay entre dos fases.
Tensión o voltaje de faseTensión o voltaje de fase.Nos referimos a la tensión que hay entre una fase y el neutro o la masa/tierra.
Voltaje trifásicoVoltaje trifásico. Nos referimos a la tensión de línea.
Sistema desequilibrado o desbalanceadoSistema desequilibrado o desbalanceado. También podemos encontrar esta misma expresión expresada de otras maneras: corrientes desequilibradas o desbalanceadas, fases desequilibradas o desbalanceadas,etc. Cuando encontremos una expresión de este estilo quiere decir que no hay 120° de desplazamiento entre las diferentes señales senoidales de fases y puede ser un serio problema porque estaremos cargando a una fase más que a otras.
CARGAS TRIFÁSICAS EQUILIBRADAS – CONEXIONES
En Estrella (Y):En Estrella (Y):
CARGAS TRIFÁSICAS EQUILIBRADAS – CONEXIONES
En Triángulo En Triángulo
EJERCICIO:
Un generado trifásico de 60 Hz conectado en estrella, genera un voltaje de línea de 23900 V.
Calcular el voltaje de fase.
Calcular el voltaje inducido en cada bobina del generador.
POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS
Estrella (Y)
Delta (Triángulo)Delta (Triángulo)
POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS
Tanto para las conexiones en triángulo y estrella
EJERCICIO:
Una carga equilibrada trifilar conectada en estrella y de impedancia 40Ω por fase FP=0,87 está conectada a una red trifásica equilibrada de 400 V – 50 Hz. Calcular:Las corrientes de línea;Las potencias activa, reactiva y aparente totales
que consumen la cargaGraficar el triángulo de
Potencias
EJERCICIO:
Una carga equilibrada trifilar conectada en triángulo y de impedancia 40Ω por fase FP=0,87 está conectada a una red trifásica equilibrada de 400 V – 50 Hz. Calcular:Las corrientes de fase de la carga;Las corrientes de línea;Las potencias activa, reactiva y
aparente totales que consumen la carga;Graficar el triángulo de potencias.
EJERCICIO:
Una carga trifásica equilibrada con impedancia igual a 10 Ω por fase y FP=0.80 es alimentada por una red de 220 V. Determinar: las potencia activa, reactiva y aparente asociadas a la carga si ella está conectada en Y. Graficar el triángulo de potencias para ambos casos.
EJERCICIO:
Para cada circuito mostrado, determinar:La corriente de línea La impedancia Z.
Sabiendo que, en ambos casos, la carga consume 15,8kW com FP = 0,8 en atraso.
EJERCICIO:
Se desea conectar a una red trifásica, con neutro y con una tensión entre fases de 400 V, 30 lámparas flourescentes de 40 W, 230 V, cosφ=0,6. Mostrar la conexión de las mismas para conseguir que las cargas estén equilibradas y averiguar la corriente por la línea que las alimenta, así como la potencia del conjunto y por fase.
La potencia conectada a cada fase será:
La potencia total conectada a la red trifásica es:
Calculo de la Intensidad de Línea:
RECEPTORES TRIFÁSICOS
La conexión de receptores en estrella o en triángulo tiene un aspecto muy diferente respecto a la conexión de generadores (alternadores y transformadores de distribución).
En generación y distribución, según cómo se conecten las bobinas de la máquina generadora, se suministra una u otra tensión, se tiene un sistema a 3 ó a 4 hilos y los receptores se adaptan a esa tensión.
EJERCICIO:
Se desea conectar 60 lámparas incandescentes de 100W, 220 V a una red trifásica con una tensión entre fases de 220 V. Mostrar la conexión de las mismas para conseguir que las cargas estén equilibradas y averiguar la corriente por la línea que las alimenta, así como la potencia del conjunto y por fase.
La potencia conectada a cada fase será:
La potencia total conectada a la red trifásica es:
Calculo de la Intensidad de Línea:
La potencia conectada a cada fase será:
La potencia total conectada a la red trifásica es:
Calculo de la Intensidad de Línea:
RECEPTORES TRIFÁSICOS
Pero, en recepción, el receptor a conectar está hecho para trabajar a una determinada tensión. Si un receptor se alimenta a más tensión, se quema; si se alimenta a menos tensión, trabaja mal y también puede quemarse.
Por tanto, vamos a estudiar la conexión de receptores en estrella o en triángulo de receptores considerando que el receptor está adecuadamente alimentado y adaptado a la red de distribución.
Los receptores trifásicos son los que se alimentan de una red trifásica, por ejemplo, motores o transformadores trifásicos.
RECEPTORES TRIFÁSICOS
Estudiemos su alimentación respecto a la línea y tensiones trifásicas.
Estas máquinas, tienen 3 bobinas, iguales, que pueden conectarse en estrella o en triángulo.
Para trabajar correctamente, tienen que ser alimentadas de manera que sus devanados trabajen con una tensión UF o, dicho más gráficamente,Ubobina.
Observaciones:
1 HP (Horse Power)1 HP (Horse Power) 746 W (vatios) (watts)746 W (vatios) (watts)
1 CV (Caballo de Vapor)1 CV (Caballo de Vapor) 736 W (vatios) (watts)736 W (vatios) (watts)
Caso 1 - Conexión de una carga en estrella
Es el caso normal de la mayoría de cargas trifásicas: hay que escoger su conexión interna (en estrella o triángulo) para conectarlos adecuadamente a la red de que se dispone.
Motor de 11 kW, 230/400 V, cosø : 0,8.
Con red 230/400 V, conexión estrellaCon red 230/400 V, conexión estrella.
Los valores U e I de la potencia, son valores de línea.
Problema 1
Cálculo de la corriente de línea:
En cada bobina de fase del motor: