Sistemas trifásicos de corriente alterna
Enviado por Robert000 • 5 de Agosto de 2013 • 2.819 Palabras (12 Páginas) • 394 Visitas
SISTEMAS DE CORRIENTE ALTERNA TRIFASICOS
3.1 Introducción
La generación, transmisión y distribución de energía eléctrica se efectúa a través de
sistemas trifásicos de corriente alterna.
Las ventajas que se obtienen en los sistemas trifásicos con respecto a los monofásicos
son:
• Ahorro de materiales en equipos, líneas de transmisión y distribución.
• Generación de campos magnéticos rotantes (Principio de funcionamiento de los
motores)
• Potencia instantánea constante.
3.2 Fuentes trifásicas
Un generador trifásico de tensión está compuesto por:
• Una parte fija o estator, constituido por un paquete de chapas magnéticas que
conforman un cilindro con una serie de ranuras longitudinales, que en el caso que
analizaremos presenta la cantidad mínima que es de 6 ranuras.
Sobre cada par de ranuras opuestas se colocan los lados de una bobina, cuyos
principios y fin tienen la siguiente designación:
Bobina 1: u - x
Bobina 2: v - y
Bobina 3: w - z
Las bobinas son constructivamente iguales, con el mismo número de espiras y con
una distribución geométrica tal que sus ejes magnéticos forman un ángulo de 120 °.
• Una parte móvil o rotor, que está ubicada dentro del estator y que consiste de un
electroimán alimentado por corriente continua.
El giro de dicho rotor se produce mediante una máquina impulsora (Motor diesel,
turbina de vapor, de gas, hidráulica, eólica) que mantiene una velocidad angular
constante. POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS
Ing .Julio Álvarez 12/09 39
La figura 3.1 muestra el corte perpendicular a eje de un generador elemental en el cual se
ha dibujado solo un par de ranuras por fase, y la forma de una de las espiras.
Figura 3.1 Generador de tensiones alternas trifásico
Dado que el electroimán produce un flujo [Φ] de valor constante, las bobinas concatenarán
un valor de flujo de acuerdo a la posición instantánea del rotor.
Si tomamos la bobina u - x de “N” espiras (La cual en el esquema anterior está
representada por una sola espira por razones de simplicidad del dibujo), y llamamos “α“al ángulo
entre el eje magnético del electroimán y el eje vertical, el flujo concatenado por la bobina para ese
instante es:
ϕ = Φ sen α
Dependiendo el ángulo α de la velocidad angular del rotor y del tiempo transcurrido, o sea; α = ω t,
con lo cual:
ϕ = Φ sen ωt
De acuerdo a la Ley de Faraday-Lenz, entre los terminales de las bobinas se inducirá una
Esquema de
disposición de
la espira u-x
u
x
Rotor
Estator Línea de
flujo
magnético
u
x
w
y
v
z
S
N
ICC
ω
Eje magnético
de la bobina u-x
Eje magnético del
electroimán para la
posición del dibujo
Φ
Eje magnético
de la bobina u-x
Eje magnético del
electroimán para un
giro del rotor en un
ángulo α
α
ΦPOTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS
Ing .Julio Álvarez 12/09 40
fuerza electromotriz cuyo valor es:
eux = N dϕ/dt = N Φ ω cos ωt Siendo Emax = N Φ ω
eux = Emax sen ωt
Si analizamos la bobina v - y, vemos que el fenómeno se repite pero con un atraso de 120°, debido
a la disposición geométrica de ambas, o sea que:
Lo mismo sucede con la bobina w - z:
De esta manera se ha logrado tener un sistema de tres tensiones alternas desfasadas
120° en el tiempo, una de otra.
Si no hay circulación de corriente la fuerza electromotriz inducida y la tensión en bornes de
cada bobina son iguales. Esto no es así en el caso de que haya circulación de corriente ,ya que la
tensión en bornes varía con el estado de carga, lo que nos conduce a representar cada bobina
como una fuente de tensión alterna real, compuesta por una fuente ideal “E” y una impedancia en
serie “Zi”, según el dibujo de la figura 3.2.
Figura 3.2 Esquema de una fuente de tensión real
Ya que constructivamente las tres bobinas son iguales sus valores máximos también lo
serán.
Para la posición del rotor en el dibujo, el flujo concatenado en ese instante por la bobina
u- x, vale cero y por lo tanto la fuerza electromotriz inducida tiene un valor máximo, que nos lleva a
que los valores de las tensiones para ese instante serán:
Uux = U ∠ 90° Uvy = U ∠ 330° Uwz = U ∠ 210°
En el diagrama de la figura 3.3, se pueden observar los diagramas de valores instantáneos
de las tres tensiones y el diagrama fasorial correspondiente para el instante t = 0.
)
3
2
e E sen( - t VY max
π
= ω
)
3
4
e E sen ( - t WZ max
π
= ω
U
E
Zi
+
-
∼POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS
Ing .Julio Álvarez 12/09 41
Sistemas de tensiones trifásicas
t
Tensión
Figura 3.3 Valores instantáneos de las tensiones y su correspondiente diagrama fasorial
3.3 Ahorro producido por el uso de un sistema trifásico con respecto a
tres sistemas monofásicos equivalentes
Analicemos el caso en el cual a cada una de las tensiones del generador estudiado le
colocamos una carga, representada por una impedancia. En este caso estaríamos en la presencia
de tres generadores monofásicos con sus correspondientes cargas, tal como se muestra en la
figura 3.4.
Figura 3.4 Esquema de alimentación de un generador trifásico a tres cargas
uux
uvy
uwz
Uux
Uwz Uvy
∼
+
-
∼ +
-
∼
+
-
UR
UT US
IR
IS
IT
IR
IT
IS
ZT ZS
ZR
+
+
+
- -
- POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS
Ing .Julio Álvarez 12/09 42
Siendo:
UR la tensión de salida de una de las fases del generador cuyo valor para
el instante analizado anteriormente es: U ∠ 90° [V]
US la tensión de salida de la segunda
...