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Sistemas Monofasicos y Polifasicos

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Trata el tema de sistemas monofásicos y polifásicos.

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SISTEMAS MONOFSICOS

SISTEMAS MONOFSICOS Y POLIFSICOS

SISTEMAS MONOFSICOSCLASIFICACIN Y DEFINICIN DE LOS SISTEMAS DE C.A.

Los circuitos o sistemas de corriente alterna se dividen en dos grupos principales: Monofsicos y Polifsicos.

Los circuitos polifsicos son aquellos en donde existe ms de una fase de energa elctrica y se emplean para la transmisin y distribucin de energa a larga distancia y en los circuitos que alimentan motores y aparatos de fuerte consumo.

Se llaman circuitos monofsicos a los que estn formados por una sola fase de energa elctrica independientemente del nmero de hilos o conductores , en estos circuitos existe una sola serie de cambios en la corriente o voltaje, o lo que es lo mismo, que hay una sola fase de energa elctrica.

CIRCUITOS MONOFSICOS

En nuestro medio, los circuitos monofsicos empleados son dos:

1.- Circuito Monofsico de 2 Hilos.

2.- Circuito Monofsico de 3 Hilos o Trifilar.

CIRCUITO MONOFSICO DE 2 HILOS

Este tipo de circuito est formado por dos conductores que consisten de una fase y un neutro, tal como es mostrado en la figura 1.

Figura 1.

Circuito Monofsico de 2 hilos

A la izquierda de esta figura se muestra un devanado que representa la fuente de energa de CA. De aqu en adelante, ser comn este tipo de esquematizacin, por lo que es conveniente comprender su significado.

Ya que desde el punto de vista de medicin interesa nicamente el circuito de alimentacin al consumidor, tendremos que considerar los circuitos de distribucin, primarios o secundarios, a partir de los cuales es factible proporcionar una alimentacin.

Refirindonos a las figura 2, podemos ver que un circuito monofsico de 2 hilos puede obtenerse de los siguientes sistemas de distribucin:

a) Sistema Monofsico de 2 hilos.- Puede tratarse de una distribucin primaria o secundaria, aunque actualmente en CFE no es comn el primer caso. En el caso de tratarse de una distribucin secundaria, el sistema proviene de un par de hilos (fase y neutro) del transformadorde distribucin. Los voltajes ms comunes son: 110, 115 y 120 volts.

Figura 2

Sistema monofsico de 2 hilos

b) Sistema Monofsico de 3 hilos.- Por lo comn proviene de una distribucin secundaria obtenida de un transformador monofsico de 3 hilos. Los voltajes ms comunes de este sistema son 110/220, 115/230 y 120/240 volts. Si se desea, puede obtenerse alimentacin monofsica a 2 hilos utilizando las terminales A-N o B-N. Un circuito obtenido de A-B no puede llamarse 2 hilos an cuando fsicamente slo se tomen dos conductores, ya que el neutro est aterrizado y por lo tanto debe contarse como un tercer hilo. Obsrvese que si bien las terminales extremas se les denornina A y B, stas pertenecen a una misma fase slo que con polaridad opuesta (fgura 3).

Figura 3

Sistema Monofsico Trifiliar

c).- Sistema de 2 fases-3 hilos (Estrella incompleta).- Es una distribucin secundaria obtenida a partir de la conexin en estrella incompleta de dos transformadores monofsicos de distribucin, tal como se muestra en la figura 4. Sus voltajes ms comunes son 110/190, 115/199 y 120/208 volts, indicando en primer trmino el de fase a neutro y en segundo, el existente entre lneas. EI circuito monofsico de dos hilos puede obtenerse de A-N y de B-N. Aqu sucede lo mismo que en el caso anterior. Un circuito obtenido de A-B debe considerarse como de tres hilos an cuando fsicamente slo se trate de dos conductores.

Conviene aclarar perfectamente la diferencia que existe entre un sistema monofsico de 3 hilos y un sistema de 2 fases-3 hilos-estrella incompleta: El primero contiene una sola fase y el voltaje entre A y B es el doble del voltaje entre A y N o entre B y N. El segundo, conocido como un "Network" tiene 2 fases desplazadas 120 elctricos una de otra; el voltaje entre A y B es (3 veces mayor que el de A-N o el B-N.

d) Sistema Trifsico de 4 hilos Estrella.- Puede tratarse de una distribucin primaria o secundaria. La distribucin secundaria proviene de tres transformadores de distribucin conectados en estrella o su equivalente transformador trifsico, siendo comn los voltajes de 120/208, 125/216, 127/220, 133/230, 139/240, 266/460 y 278/480 volts. El circuito monofsico de 2 hilos se obtiene de cualquier de las fases a neutro, o sea A-N, B-N y C-N, segn se muestra en la figura 5.

Figura 4

Sistema estrella incompleta (2F - 3H)

Figura 5

Sistema Trifsico de 4 hilos estrella

e) Sistema trifsico de 4 hilos Delta.- Es una distribucin secundaria proveniente de 2 3 transformadores monofsicos conectados en delta (si son 2 transformadores se dice que la conexin es delta abierta), uno de los cuales es de 3 hilos. Los voltajes entre Ineas ms comunes son 220, 230 y 240 volts. El circuito monofsico de 2 hilos puede obtenerse, de B-N o de C-N para 110, 115 120 volts y de A-N para 190, 199 208 volts (ver figura 6).

Figura 6

Sistema Trifsico de 4 hilos delta

FORMAS DE ONDA Y DIAGRAMAS FASORIALES DE UN CIRCUITO MONOFSICO DE 2 HILOS

En la figura 7 se muestran las formas de onda monofsicas del voltaje y la corriente para tres casos: factor de potencia unitario, factor de potencia inductivo y factor de potencia capacitivo. En la figura 8 se muestran los diagramas fasoriales de estos tres casos.

FRMULAS DE APLICACIN PARA CIRCUITOS MONOFSICOS DE 2 HILOS

Anteriormente ya establecimos que un circuito monofsico de 2 hilos consta de fase y neutro. Su voltaje es representado como V y su corriente como I.

En un circuito monofsico de 2 hilos la potencia est dada por:

P = V . I . Cos ( Watts

La potencia reactiva es:

Q = V . I . Sen ( Vars

La potencia aparente es:

S = V . I voltamperes

El factor de potencia:

FP = Cos ( = P / S

y el ngulo entre V e I por:

( =Cos -1 (P/S) = Tan-1 (Q/S)

Las frmulas que nos relacionan entre s P, Q y S son:

P = S.Cos ( = Q . Ctg (Q = S . Sen ( = P . Tan ( ______

S = (P + Q

En las frmulas anteriores se tiene que:

V = Voltaje en volts

I = Corriente en amperes

P = Potencia activa en watts

Q = Potencia reactiva en vars

S = Potencia aparente en voltamperes

FP = Factor de potencia

( = Angulo entre V e I

Figura 7

Relacin entre Voltajes y Corrientes

Figura 8

Diagramas fasoriales de un circuito 1F - 2H

CIRCUITO MONOFSICO TRIFILAR

Un circuito monofsico trifilar o de tres hilos es aquel formado por una sola fase en dos conductores, cada uno de diferente polaridad, y un tercer conductor neutro. En la figura 9 se muestra este tipo de circuito.

Figura 9

Circuito Monofsico Trifilar

Este circuito slo puede obtenerse de dos sistemas de distribucin:

a) Sistema Monofsico Trifilar.- Es una distribucin secundaria a partir de un transformador monofsico de distribucin de 3 hilos, con voltajes de 110/220, 115/230 y 120/240 volts, tal y como se muestra en la figura 10.

b) Sistema Trifsico de 4 hilos Delta.- Se trata de una distribucin secundaria obtenida mediante 2 3 transformadores de distribucin monofsicos conectados en delta. Si slo se utilizan dos transformadores, la conexin se denomina delta abierta. Uno de los transformadores es de 3 hilos. El voltaje entre lneas ms comn es de 220, 230 240 volts. Refirindose a la figura 11 el circuito monofasico trifilar nicamente se puede obtener de B-N-A cuyos voltajes comunes seran 110/220, 115/230 120/240 volts.

Figura 10

Sistema Monofsico Trifilar

Figura 11

Sistema de 4 hilos conexin delta

En la figura 12 se muestran las formas de onda para el voltaje y la corriente. Obsrvese como A y B son una misma fase de polaridad opuesta de forma tal que:

( ( ( (VAN + VBN = VAN - VNB = 0

( ( ( ( (Obtenindose VAB = VAN + VNB = VAN - VBNPara fines de anlisis, este circuito puede considerarse como dos circuitos monofsicos de dos hilos: circuito A-N y circuito N-B.

Figura 12

Formas de onda en un circuito monofsico trifilar

FORMAS DE ONDA Y DIAGRAMAS FASORIALES DE UN CIRCUITO MONOFSICO DE 3 HILOS

En la figura 13 se ilustran los diagramas fasoriales para los tres casos, segn el factor de potencia. Estos diagramas han sido dibujados considerando un circuito balanceado tanto en amperaje como en factor de potencia, al igual que las formas de ondas de la figura 12.

FRMULAS DE APLICACIN PARA CIRCUITOS MONOFSICOS TRIFILARES

Antes de proceder a estudiar las frmulas que gobiernan este tipo de circuitos, consideramos conveniente sealar las siguientes situaciones:

Figura 13

Diagramas fasoriales de 1F - 3H

a).- EI circuito monofsico trifilar, como su nombre lo indica, consiste de 3 conductores uno de los cuales est aterrizado Ilamndosele "neutro". Los otros dos forman parte de una misma fase cada uno con polaridad distinta.

b).- El voltaje o potencial de fase a neutro es la mitad que el voltaje entre los conductotes de la fase.

(VAB( = (VBA ( = 2 (VBN ( = 2 (VAN (c).- Si el circuito es balanceado (en voltaje, corriente y factor de potencia) por el neutro no circula corriente y la corriente que circula por A es la misma que la que circula por B pero en direccin contraria.

d).- Bajo cualquier condicin la corriente por el conductor neutro es igual a la resta vectorial entre la corriente de la carga N-B y la de la carga A-N.

A continuacin se dan las frmulas que gobiernan a este circuito (ver figura 14).

Figura 14

Las potencias activa, reactiva y aparente en un circuito monofsico trifilar son: