TEMA 8. SISTEMAS TRIFÁSICOS - trifasica.net

1 TEMA 8. SISTEMAS TRIF Ventajas de los SISTEMAS trif Generaci n de tensiones trif Receptores en los SISTEMAS trif ) Receptor equilibrado en tri ) Receptor desequilibrado en tri ) Receptor equilibrado en estrella con ) Receptor equilibrado en estrella sin ) Receptor desequilibrado en estrella con neutroF) Receptor desequilibrado en estrella sin Fuentes trif sicas Conversi n de fuentes trif sicas Conversi n Tri Conversi n Estrella-Tri Estudio generalizado de los SISTEMAS trif SISTEMAS SISTEMAS Estrella-Tri SISTEMAS Tri SISTEMAS Tri ngulo-Tri Casares /2011 / 118 - 1 GRST123 GeneradorGeneradorG21 Monof sicoFaseFaseFaseNeutroMONOFASICO2'RECEPT ORTRIFASICO3'RECEPTOR2'1'N'TEMA 8 SISTEMAS TRIF SICOSA nteriormente se ha tratado los circuitos monof sicos, y c mo se puede generar unatensi n alterna senoidal cuando una bobina se mueve dentro de un campo magn tico.

2 Laaparici n de esta nica onda alterna, hace que se denomine esta m quina: GENERADORMONOF el n mero de bobinas en el rotor se incrementa de una forma especial, el resultado esun generador polif sico que produce m s de una onda alterna en cada revoluci este cap tulo se estudiar nicamente los SISTEMAS trif sicos que son los que con m sfrecuencia se utilizan en la generaci n, transporte y distribuci n de energ a el VENTAJAS DE LOS SISTEMAS TRIF SICOSa) Una l nea monof sica sometida a una tensi n U y recorrida por una intensidad I con unfactor de potencia cos nnnn, transmite una potencia media dada por P = U I Cos nnnn. Si a estal nea le a adimos un tercer hilo tendremos una l nea trif sica que transmite entonces una8 - 2 GRST123 RECEPTORCENTRO DECONSUMOL inea de TransporteGenerador1'2'3'Linea de TransporteGeneradorG21 CONSUMOCENTRO DERECEPTOR2'1'TTT2R3 XTTIIRR1 TXTITTXRECEPTORUL metros1'2'3'L metrosRM21 RMXMI2'MIMXUM1'RECEPTORP = U I cos MMP = 3 U I cos cos cos potencia (seg n se vera posteriormente).

3 Es decir, con unPT'3 U IT cos nincrement de solo el 50 % en el coste de los conductores de la l nea, se aumenta lacapacidad de transmisi n de potencia en un 73 %.Ahora bien, si lo que se pretende es transportar una determinada energ a a unacierta tensi n el sistema trif sico es m s econ mico que el sistema monof sico a igualdadde potencia a transmitir e igualdad en las p rdidas por efecto Joule en la l nea, ya que seobtiene un ahorro en peso de material conductor de un 25%.Ciertamente, si yo quiero alimentar a un receptor que consume una potencia P,que tiene un factor de potencia fijo, cos n, a una tensi n dada, las p rdidas de energ a(PP) en la l nea por efecto Joule ser n:Para el sistema monof sico: PP,M ' 2 RM I2M ' 2 LSM I2 MPara el sistema trif sico:PP,T ' 3 RT I2T ' 3 LST I2 TEsto es debido a que la resistencia total de un hilo conductor de resistividad ,longitud L y secci n S, vale: R = L una potencia consumida determinada, l gicamente si yo quiero sustituir untipo de l nea por otro, ser considerando que las p rdidas son iguales.

4 >(1)2 LSM I2M'3 LST I2T2SM I2M'3ST I2T8 - 3 RECEPTORTRIFASICO1'2'3'MONOFASICORECEPTO R2'1'debido a que se ha supuesto que estamos transportando la misma energ a, de las formulasde la potencia monof sica y trif sica igualandolas se obtendr que , la cualIM ' 3 ITsustituyendola en (1) se obtendr que: ST'SM2con lo cual el volumen de material conductor en las diferentes l neas sera:* Vol. l nea trif sica: 3 ST L* Vol. l nea monof sica: 2 SM L = 4 ST Ldonde ya se puede observar que en una l nea trif sica, con las condiciones impuestas, elahorro de peso en material conductor es del 25%.b)La potencia instant nea de un sistema trif sico es constante independiente del tiempo loque implica en los motores, de trif sicos, un par motor uniforme, lo que evitavibraciones y esfuerzo en el rotor de los motores de trif sicos.

5 P(t)'P (1%sen (2 t & /2)) & UI sennsen (2 t)p(t)'3 U I cosnPot. Instant nea dependiente del tiempoPot. Inst. Ctec)Los motores TRIF SICOS pueden arrancar por s mismos; sin embargo los motoresmonof sicos necesitan de dispositivos especiales para conseguir su ) Permite el empleo de los motores trif sicos as ncronos, que son los receptores m sutilizados, y son dentro del grupo de los motores los m s econ micos y robustos que - GENERACI N DE TENSIONES TRIF SICASComo ya se explico en un tema anterior, en los terminales de una espira o conjunto deellas que giran con velocidad uniforme (rad/s) en el seno de un campo magn tico de inducci nB (cte) se induce una fuerza electromotriz de valor.

6 E ' & N d dt ' N B S sen ( t) ' E0 sen tsiendo E0 = N B S Si colocamos tres espiras desfasadas entre si 120 en el campo magn tico uniforme ygirando con velocidad (rad/s) la inducida en las tres bobinas iguales tendr n porexpresi n:eA ' E0 sen teB ' E0 sen ( t & 23 )eC ' E0 sen ( t & 43 )8 - 5eeeABCAECEBE tCada devanado en el que se produce una tensi n alterna senoidal se denomina FASE ya este tipo de generador se le denomina TRIF puede observar que en cualquier instante de tiempo se cumpleeA + eB + eC = 0La representaci n de este tipo de sistema trif sico sim trico formado por tres tensionessenoidales del mismo valor eficaz, la misma frecuencia y desfasadas entre si 120 ser : EA ' E02 * 0 EB ' E02 * &120 EC ' E02 * 120o bien gr ficamente.

7 Y se cumple que EA % EB % EC ' 0La SECUENCIA DE FASE es el orden en el que se suceden los valores m ximos de lastensiones de cada una de las fases de un generador trif lo sucesivo las notaciones que se emplear n para las fases ser n num ricas E1, E2 yE3 identificadas por EA, EB y ondas de las se suceden seg n el orden A, B y C por consiguiente la secuenciaes:SecuenciaDirecta8 - 61Z1E2E2Z3E3Z123+++ 2I3I1I3E2E1E===U1U23U3E2E1E===U1U23U1201 20120120120120 SecuenciaDirectaIndirectaSecuenciaLa secuencia inversa se obtiene si se hace girar las bobinas del generador en sentidocontrario y por consiguiente se suceden los valores m ximos seg n el orden A, C y B connotaci n num rica:SecuenciaInversaPor convenio los FASORES REPRESENTATIVOS DE LAS TENSIONES o defases para la secuencia directa e inversa se representa en las siguientes figurasRepresentaci n de los fasores tensi n o de un sistema trif sicoLas 3 bobinas del generador trif sico (3 fases) se representan por 3 fuentes de tensi n deigual valor eficaz pero desfasadas 120.

8 ; E1 ' U'1= UF * 90 E2 ' U'2= UF * &30 E3 ' U'3= UF * &150y si cada una de ellas se utiliza para alimentar impedancias de carga Z1, Z2 y Z3 tal como semuestra en la figura siguiente (circuito trif sico independiente) es evidente que este sistemarequiere 6 conductores y las intensidades son:(Se consideran despreciables: - la impedancia de la l nea que une los generadores con las cargas - la impedancia interna del generador).8 - 71322131E2E3EZ1Z3Z2 I1' E1 Z1 I2' E2 Z2 I3' E3 Z3 LSi resulta que Z1' Z2' Z3'Z*n I1' E1Z*n'UF*90oZ*n'UFZ*90o&n'IF*90&n I2' E2Z*n'UF*&30oZ*n'UFZ*&30o&n'IF*&30&n I3' E3Z*n'UF*&150oZ*n'UFZ*&150o&n'IF*&150&ne n este caso, las tensiones e intensidades forman un sistema sim trico con desfase entre estas dosmagnitudes igual al ngulo n (ver la siguiente figura).

9 Y se cumple para las intensidades= UF / Z* I1*'* I2*'* I3* I1% I2% I3 ' 0 (en valores instant neos).i1(t) % i2(t) % i3(t)'0 Este sistema trif sico, donde la intensidades est n desfasadas entre si 120 y las tensionesde fase tambi n se denomina EQUILIBRADO en tensiones y en intensidades. 8 - 8I3=U'33E 2E2I U'2=1E1U' I1=Diagrama de tensiones e intensidades de un sistema equilibrado entensiones e se tendr que: Z3 I1' E1Z1*n1'UF*90oZ1*n1'I1*90&n1 I2' E2Z2*n2'UF*&30oZ2*n2'I2*&30&n2 I3' E3Z3*n3'UF*&150oZ3*n3'I3*&150&n3donde observamos que e .* I1* .. * I2* .. * I3* I1% I2% I3 .. 0El sistema trif sico resultante es EQUILIBRADO en tensiones (por que sus tensiones forman120 y tienen igual valor eficaz) y DESEQUILIBRADO en intensidades (las intensidadesresultantes no forman 120 , ni tienen igual valor eficaz).

10 8 - 9=U'33E 3I32E2I 2U'2=1E1U'1 I1=Diagrama de tensiones e intensidades de un sistema equilibradoen tensiones y desequilibrado en ++NTSRN'N3'2'1'321+++2Z3Z1Z3E2E1E2II3I1I 12II3I3 IConexi n de un sistema estrella-estrellaLA partir del esquema anterior de distribuci n de cargas monof sicas sobre los tresgeneradores de tensiones alternas senoidales, si solo se utiliza un conductor de retorno de lasintensidades, las tensiones en bornes de las cargas no var an y por lo tanto tampoco lasintensidades que circulan por los conductores, de esta forma nos queda que podemos alimentara estas tres cargas monof sicas con solo cuatro conductores en lugar de - 10Si entonces y en consecuencia el conductor de Z1' Z2' Z3 I1 % I2 % I3'0retorno no conduce corriente, por lo que en estos casos donde las cargas sean iguales se puedeprescindir del conductor de retorno, con lo que nos quedar a solo tres hilos para alimentar a lascargas monof a hacer una serie de definiciones a partir de este esquema:PPor convenio internacional a las fases 1, 2 y 3 se les llama fases R, S y T y alconductor de retorno Neutro N.