Sistemas Trifásicos Departamento de Ingeniería Eléctrica

UNEFA Maracay

Redes Eléctricas II

Chrystian Roa

Sistemas Trifásicos 1

Generador trifásico

Secuencia de fases.

Conexiones: estrella, delta.

Carga trifásica.

Estudio y resolución de sistemas en desequilibrio.

Modelo equivalente monofásico.

Estudio y resolución de sistemas equilibrados

Transformadores monofásicos en sistemas equilibrados: Conexiones y Diagramas fasoriales.

Potencia trifásica.

Corrección del factor de potencia trifásico.

Rendimiento en redes trifásicas.

La generación, transmisión, distribución y utilización de

grandes cantidades de energía eléctrica se lleva a cabo

mediante circuitos trifásicos. El análisis exhaustivo de

dicho tipo de sistemas constituye un campo de estudio

por propio derecho

La estructura básica de un sistema trifásico consiste en una

serie de fuentes de tensión conectadas a unas cargas por

medio de transformadores y líneas de transmisión. Para

analizar dicho tipo de circuito, podemos reducirlo a una

fuente de tensión conectada a una carga a través de una

línea. La omisión del transformador simplifica el análisis sin

poner en riesgo la comprensión de los cálculos implicados.

Un circuito trifásico básico

Sistemas Trifásicos 2

Sistema en Y

(generador en Y con

carga en Y)

Torre tipo "delta" o

"gato", a una tensión

de 400kV

Vista de la Central Hidroeléctrica

Simón Bolívar, también llamada

Represa del Guri, se puede apreciar el

dique

Generador trifásico

Sistemas Trifásicos 3

Una fuente de tensión trifásica es un generador con tres devanados

separados distribuidos alrededor del estator. Cada devanado forma

una fase del generador. El rotor del generador es un electroimán

que se mueve a velocidad síncrona mediante algún tipo de

mecanismo, como por ejemplo una turbina de vapor o de gas. La

rotación del electroimán induce una tensión sinusoidal en cada uno

de los devanados. Los devanados de las fases están diseñados de

forma que las tensiones sinusoidales inducidas en ellos tienen igual

amplitud y están desfasadas entre sí 120°. Los devanados de fase

son estáticos con respecto al electroimán giratorio, por lo que la

frecuencia de la tensión inducida en cada devanado es la misma.

Diagrama de una fuente de tensión trifásica

Una fuente de tensión trifásica es un

generador con tres devanados separados

distribuidos alrededor del estator. Cada

devanado forma una fase del generador.

Sistemas Trifásicos 4

Fraile Mora, Electromagnetismo y Circuitos Eléctricos, 3era Ed. 1995.

Generador trifásico

Sistemas Trifásicos 5

Diagramas de fasores de los conjuntos equilibrados de tensiones trifásicas.

(a) Secuencia abc (positiva). (b) Secuencia acb (negativa).

Un conjunto de tensiones trifásicas

equilibradas está compuesto por tres

tensiones sinusoidales con idéntica

amplitud y frecuencia, pero que

están desfasadas entre sí

exactamente 120°. Normalmente nos

referimos a esas tres fases como a,

b y c, utilizando la fase a como fase

de referencia. Las tres tensiones se

denominan tensión de fase a,

tensión de fase b y tensión de fase c.

Sólo hay dos posibles relaciones de fase entre la tensión de fase a y las tensiones de fase b y c. Una de las

posibilidades es que la tensión de fase b esté retardada 120° con respecto a la tensión de fase a, en cuyo

caso la tensión de fase c estará adelantada 120° con respecto a la tensión de fase a. Esta relación de fase se

denomina secuencia de fases abc (o positiva). La otra posibilidad es que la tensión de fase b esté adelantada

120° con respecto a la tensión de fase a, en cuyo caso la tensión de fase c deberá estar retardada 120°. Esta

relación de fase se denomina secuencia de fase acb (o negativa). En notación de fasores, los dos posibles

conjuntos de tensiones de fase equilibradas son las ecuaciones escritas debajo de la Figura superior

izquierda.

Secuencia de fases

Sistemas Trifásicos 6

Secuencia de fases

(a) Secuencia de fase positiva o abc (b) Secuencia de fase negativa o acb

(a) (b)

Sistemas Trifásicos 7

Voltage Operativo 200 ~ 480 AC

Tiempo límite para continuar >200V dentro de 60 min,480 V dentro de 4 minutos

Respuesta de frecuencia 20 ~ 400 HZ

Resistencia de tensión 2200V CA durante 1 minuto

Dimensiones 82 (L) x 59 (W) × 23 (D) mm

Peso 200 g aprox

Cable 1m (R:rojo,S:blanco,T:azul)

Marca: KYORITSU

Modelo: 8030

Características: Indicador de

secuencia de fases

y comprobador de fase abierta.

Secuencia de fases

Sistemas Trifásicos 8

Hay dos formas de interconectar los diferentes

devanados de fase para formar una fuente

trifásica: en configuración de estrella (Y) o en

configuración de triángulo (Δ). En la Figura de la

izq. se muestra ambos tipos de conexión,

utilizando fuentes de tensión ideales para

modelar los devanados de fase del generador

trifásico. El terminal común en las fuentes

conectadas en estrella, etiquetado como n en la

Figura (a), se denomina terminal neutro de la

fuente. El terminal neutro puede o no estar

disponible para efectuar una conexión externa.

Las dos conexiones básicas de una fuente trifásica ideal.

(a) Fuente con conexión en Y. (b) Fuente con conexión en Δ.

Sistema de conexión en estrella. Los

devanados del estator de un

generador de C.A. están conectados

generalmente en estrella, en la

siguiente figura T1, T2, T3 representan

las terminales de línea (al sistema) T4,

T5, T6 son las terminales que unidas

forman el neutro.

Conexiones: Estrella Υ, Delta Δ.

Sistemas Trifásicos 9

Sistema de conexión delta. La conexión

delta se hace conectando las terminales

1 a 6, 2 a 4 y 3 a 5, las terminales de

línea se conectan a 1, 2 y 3, con esta

conexión se tiene con relación a la

conexión estrella, un voltaje menor, pero

en cambio se incrementa la corriente de

línea.

Conexiones: Estrella Υ, Delta Δ.

Sistemas Trifásicos 10

Red utilizada como ejemplo numérico de una

notación de tensión de doble subíndice

Se puede calcular la tensión Vab con tomar en los

subíndices.

Este diagrama fasorial ilustra el uso de la convención de tensión de

doble subíndice para obtener Vab relativa a la red mostrada.

Conexiones: Estrella Υ, Delta Δ.

Conexión: Estrella Υ

Sistemas Trifásicos 11

Conexiones: Estrella Υ, Delta Δ.

Conexión: Estrella Υ

𝝞𝑉𝑎𝑛𝝞 = 𝝞𝑉𝑏𝑛𝝞 − 𝝞𝑉𝑐𝑛𝝞

𝑉𝑎𝑛 + 𝑉𝑏𝑛 + 𝑉𝑐𝑛 = 0

Las fuentes trifásicas tienen tres terminales,

denominados terminales de línea, además, pueden

contar o no con un cuarto terminal, la conexión del

neutro.

Se asumirá fuentes trifásicas balanceadas, que se

definirán de modo que:

Estas tres tensiones, localizadas cada una entre

una línea y el neutro, se llama tensiones de fase.

Si se eligen de manera arbitraria Van como la

referencia, se define:

𝑉𝑏𝑛 = 𝑉𝑝∠ − 120°

Todo se empleará de manera constante Vp para

representar la amplitud rms de cualquiera de esas

tensiones de fase, por lo cual la definición de la

fuente trifásica se indica así:

𝑉𝑐𝑛 = 𝑉𝑝∠ − 240°

𝑉𝑏𝑛 = 𝑉𝑝∠120° 𝑉𝑐𝑛 = 𝑉𝑝∠240°

Secuencia Positiva (+)

Secuencia Negativa (-)

𝑉𝑎𝑛 = 𝑉𝑝∠0°

Sistemas Trifásicos 12

Diagrama fasorial que se utiliza para determinar las tensiones de línea

a partir de las tensiones de fase dadas; algebraicamante:

𝑉𝑎𝑛 = 𝑉𝑝∠0°

𝑉𝑎𝑏 = 𝑉𝑎𝑛 − 𝑉𝑏𝑛

𝑉𝑎𝑏 = 𝑉𝑝 − 𝑉𝑝 cos −120° − 𝑗 sin(−120°)

𝑉𝑎𝑏 = 3𝑉𝑝 ∠30°

𝑉𝑏𝑛 = 𝑉𝑝∠ − 120°

𝑉𝐿 = 3𝑉𝑝 ∠30°

Estas tres tensiones, localizadas cada una

Conexiones: Estrella Υ, Delta Δ.

Conexión: Estrella Υ