Circuitos trifasicos equilibrados

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGA. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIO (IUPSM). CTEDRA: CIRCUITOS ELCTRICOS II.PROFESOR: FIDEL ANGULO

CIRCUITOS TRIFASICOS Y POTENCIA ELECTRICA

ANGEL NAVEDA 24.361.594Escuela: Electrnica

MARACAIBO, 05 DE MARZO DE 2017 ESQUEMA

1.- ESTRUCTURA BASICA DEL SISTEMA TRIFASICO2.-TENSIONES TRIFASICAS EQUILIBRADAS3.- FUENTES DE TENSION TRIFASICAS4.- TIPOS DE CONEXIN 5.- CONDICIONES DE UN CIRCUITO TRIFASICO6.- CIRCUITO EQUIVALENTE MONOFASICO DE UN CIRCUITO TRIFASICO EQULIBRADO7.- CIRCUITOS EQUIVALENTE MONOFASICOS DE UN CIRCUITO TRIFASICO EQUILIBRADO8.- CLCULOS DE POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFSICOS EQUILIBRADOS.9.- POTENCIA MEDIA EN UNA CARGA EQUILIBRADA EN ESTRELLA10.- POTENCIA COMPLEJA EN UNA CARGA EQUILIBRADA EN ESTRELLA11.- CALCULOS DE POTENCIA EN UNA CARGA EQUILIBRADA EN TRIANGULO12.- POTENCIA INSTANTNEA EN LOS CIRCUITOS TRIFSICOS13.- MEDIDA DE LA POTENCIA MEDIA EN CIRCUITOS TRIFASICOS14.- METODOS DE LOS VARIMETROS

INTRODUCCION

En 1882 El inventor Serbio-Americano Nikola Tesla es quien descubre el principio del campo magntico rotatorio, el cual es la base de la maquinaria decorriente alterna.En 1887, construy unmotor de induccin alimentado con corriente alterna el cual present en el American Institute of Electrical Engineers (Instituto Americano de Ingenieros Elctricos) actualmenteIEEE(Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos) en 1888. Sin embargo,Galileo Ferraris(fsico e ingeniero elctrico italiano) haba desarrollado el mismo diseo varios meses antes de manera independiente, Posteriormente es Tesla quien termina ganando las patentes del diseo hasta generarse lo que hoy en da conocemos como un sistema trifsico. El sistema trifsico presenta una serie de ventajas ante otros sistemas, como son la economa de sus lneas de transporte de energa (hilos de menor seccin que en una lnea monofsica equivalente) y de los transformadores utilizados, as como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la lnea trifsica alimenta con potencia constante.

Teniendo ya conocimiento de esto, podemos pasar al siguiente objetivo que es estudiar ms a fondo estos sistemas y poder conocer la relacin tensin - corriente existente en un sistema trifsico equilibrado y desequilibrado, as como su estructura, tipos de conexin y los pasos para poder analizar cada uno de ellos; de igual manera, la potencia dentro de estos circuitos trifsicos ser los temas que trataremos a continuacin.

1.- ESTRUCTURA BASICA DEL SISTEMA TRIFASICO

La estructura bsica de un sistema trifsico consiste en una serie de fuentes de tensin conectadas a unas cargas por medio de transformadores y lneas de transmisin. Para analizar dicho tipo de circuito, podemos reducirlo a una fuente de tensin conectada a una carga a travs de una lnea. La omisin del transformador simplifica el anlisis sin poner en riesgo la comprensin de los clculos implicados. La Figura 11.1 muestra un circuito bsico. Una caracterstica distintiva de un circuito trifsico equilibrado es que contiene un conjunto de tensiones trifsicas equilibradas como fuente. Comenzaremos considerando estas tensiones y despus continuaremos con el anlisis de las relaciones entre tensiones y corrientes en los circuitos de tipo Y-Y e Y-. Despus de considerar la tensin y la corriente en dichos circuitos, concluiremos con sendas secciones sobre la potencia y la manera de medirla.

2.- TENSIONES TRIFASICAS EQUILIBRADAS

Un conjunto de tensiones trifsicas equilibradas est compuesto por tres tensiones sinusoidales con idntica amplitud y frecuencia, pero que estn desfasadas entre s 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 tensin de fase a, tensin de fase b y tensin de fase c.

Slo hay dos posibles relaciones de fase entre la tensin de fase a y las tensiones de fase b y c. Una de las posibilidades es que la tensin de fase b est retardada 120 con respecto a la tensin de fase a, en cuyo caso la tensin de fase c estar adelantada 120 con respecto a la tensin de fase a. Esta relacin de fase se denomina secuencia de fases abc (o positiva). La otra posibilidad es que la tensin de fase b est adelantada 120 con respecto a la tensin de fase a, en cuyo caso la tensin de fase c deber estar retardada 120. Esta relacin de fase se denomina secuencia de fase acb (o negativa).

En notacin de fasores, los dos posibles conjuntos de tensiones de fase equilibradas son:

Las Ecuaciones 11.1 se aplican a la secuencia abc o positiva. Las Ecuaciones 11.2 son las correspondientes a la secuencia acb o negativa. La Figura 11.2 muestra los diagramas de fasores de los conjuntos de tensiones descritos por las Ecuaciones 11.1 y 11.2. La secuencia de fases es la ordenacin en el sentido de las agujas del reloj de los subndices que aparecen en el diagrama, comenzando a partir de Va. El hecho de que un circuito trifsico pueda tener una de dos posibles secuencias de fase debe tenerse en cuenta a la hora de operar en paralelo dos de tales circuitos. Los circuitos pueden operar en paralelo slo si tienen la misma secuencia de fases.

Otra caracterstica importante de un conjunto de tensiones trifsicas equilibradas es que la suma de las tensiones es cero. As, si nos fijamos en las Ecuaciones 11.1 y 11.2,

Puesto que la suma de los fasores de tensin es cero, la suma de las tensiones instantneas tambin ser cero, es decir,

3.- FUENTES DE TENSION TRIFASICAS

Una fuente de tensin trifsica es un generador con tres devanados separados distribuidos alrededor del esttor. Cada devanado forma una fase del generador. El rotor del generador es un electroimn que se mueve a velocidad sncrona mediante algn tipo de mecanismo, como por ejemplo una turbina de vapor o de gas. La rotacin del electroimn induce una tensin sinusoidal en cada uno de los devanados.

Los devanados de las fases estn diseados de forma que las tensiones sinusoidales inducidas en ellos tienen igual amplitud y estn desfasadas entre s 120. Los devanados de fase son estticos con respecto al electroimn giratorio, por lo que la frecuencia de la tensin inducida en cada devanado es la misma. La Figura 11.3 muestra un diagrama de una fuente trifsica de dos polos.

Hay dos formas de interconectar los diferentes devanados de fase para formar una fuente trifsica: en configuracin de estrella (Y) o en configuracin de tringulo (). La Figura 11.4 muestra ambos tipos de conexin, utilizando fuentes de tensin ideales para modelar los devanados de fase del generador trifsico. El terminal comn en las fuentes conectadas en estrella, etiquetado como n en la Figura 11.4(a), se denomina terminal neutro de la fuente. El terminal neutro puede o no estar disponible para efectuar una conexin externa.

Algunas veces, la impedancia de cada devanado de fase es tan pequea (comparada con las otras impedancias del circuito) que no tenemos por qu tenerla en cuenta a la hora de modelar el generador; el modelo consistir entonces, exclusivamente, en una serie de fuentes de tensin ideales, como en la Figura 11.4. Sin embargo, si la impedancia de cada devanado de fase no es despreciable, pondremos la impedancia del devanado en serie con una fuente de tensin sinusoidal ideal. Todos los devanados del dispositivo tienen la misma construccin, por lo que supondremos que las impedancias de los devanados son idnticas. La impedancia del devanado de un generador trifsico es inductiva. La Figura 11 .5 muestra el modelo de uno de estos dispositivos, donde Rw es la resistencia del devanado y Xw es la reactancia inductiva del devanado.

Puesto que las fuentes y cargas trifsicas pueden estar conectadas en estrella o en tringulo, el circuito bsico de la Figura 11.1 representa en realidad las cuatro configuraciones diferentes.

4.- TIPOS DE CONEXIONES

Existen cuatro tipos de conexiones las cuales se muestran en la siguiente tabla

GENERADOR CONECTADO EN Y CON UNA CARGA CONECTADA EN Y

Las cargas conectadas a fuentes trifsicas son de dos tipos: el Y y el . Si una carga conectada en Y se conecta a un generador conectado en Y, el sistema simblicamente se representa como Y-Y. La configuracin fsica de dicho sistema se muestra en la figura.

Si la carga est balanceada, puede quitarse la conexin neutra sin afectar el circuito en manera alguna; es decir, si:

= =

entonces IN ser cero (lo que se demostrar en el ejemplo 18.1). Observe que, para tener una carga balanceada, el ngulo de fase tambin debe ser el mismo para cada impedancia, una condicin que no era necesaria en el circuito de cd cuando consideramos los sistemas balanceados. En la prctica, si una fbrica, por ejemplo, tuviera slo cargas trifsicas balanceadas, la ausencia del neutro no tendra ningn efecto puesto que, idealmente, el sistema siempre estara balanceado. Por consiguiente, el costo sera menor ya que el nmero de conductores requeridos se reducira. Sin embargo, los sistemas de iluminacin y la mayora de otros equipos elctricos utilizan slo uno de los voltajes de fase, e incluso si la carga est diseada para ser balanceada (como debiera ser), nunca existe un balanceo continuo perfecto puesto que las luces y otros equipos elctricos se encienden y se apagan, lo que perturba la condicin balanceada. El neutro es, porconsiguiente, necesario para alejar de la carga la corriente resultante y regresarla al generador conectado en Y. Esto se demostr cuando consideramos los sistemas conectados en Y desbalanceados. A continuacin, examinaremos el sistema conectado en Y-Y de cuatro hilos. La corriente que pasa a travs de cada fase del generador es la misma que su corriente de lnea correspondiente, la cual a su ve