Capitulo 3 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:

3.2

•

Ahorro de materiales en equipos, líneas de transmisión y distribución.

•Generación de campos magnéticos rotantes (Principio de funcionamiento de los
motores)

•

Potencia instantánea constante.

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 mínimaque 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 está ubicadadentro 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.

Ing .Julio Álvarez 12/09

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POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS

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

Línea de
flujo
magnético

Estator

Eje magnético
de la bobina u-x

y

z
S
Φ
ω

Eje magnético del
electroimán para la
posición del dibujo

ICC
Eje magnético
de la bobina u-x

N
v

w
Rotor

α
Φ

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

x
u

Esquema de
disposición de
la espirau-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 eleje 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
Ing .Julio Álvarez 12/09

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POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOSfuerza 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:
e VY = E max sen (ω t -

2π

)

3

Lo mismo sucede con la bobina w - z:

e WZ = E max sen ( ω t -

4π
3

)

De esta manera se ha logrado tener unsistema 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.

+
∼

E

-

U

Zi

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...