Sistemas Trifasicos

POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS

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 cantidadmínima 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: Bobina 2: Bobina 3: u-x v-y 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 estáubicada 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.

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La figura 3.1 muestra el corte perpendicular a eje de ungenerador elemental en el cual se ha dibujado solo un par de ranuras por fase, y la forma de una de las espiras. u
Estator

Línea de flujo magnético Eje magnético de la bobina u-x

y

z S Φ ω ICC N
Eje magnético de la bobina u-x

Eje magnético del electroimán para la posición del dibujo

w
Rotor

v Φ

α

Eje magnético del electroimán para un giro del rotor en un ángulo α

x uEsquema de disposición de la espira u-x

x 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
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fuerza electromotriz cuyo valor es: eux = N dϕ/dt = N Φ ω cos ωt 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:
e VY = E max sen (ω t 2π 3 )

Siendo Emax = N Φ ω

Lo mismo sucede con la bobina w - z:

e WZ = E max sen ( ω t -

4π 3

)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 cadabobina 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.

+
E

∼ Zi U

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...