capitulo3 TRIF SICO

Capítulo 3
Circuitos trifásicos

3.1 Introducción
3.2 Generación de tensiones trifásicas
3.3 Conexión en estrella equilibrada
3.4 Conexión en triángulo equilibrado
3.5 Cargas desequilibradas
3.6 Potencia en sistemas trifásicos
3.7 Corrección del factor de potencia
en trifásica
3.8 Medida de la potencia en sistemas
trifásicos
3.9 Transporte de energía eléctrica: ventaja
de los sistemas trifásicosfrente
a los monofásicos
3.10 Componentes simétricas

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS

3.1. Introducción
En el Epígrafe 2.2, se ha demostrado cómo se puede generar una tensión alterna sinusoidal,
cuando se mueve una bobina dentro de un campo magnético. La aparición de esta única
onda alterna hace que se denomine esta máquina generador monofásico. Si el número de
bobinas en el rotor se incrementa de unaforma especial, el resultado es un generador polifásico que produce más de una onda alterna en cada revolución del rotor. Los sistemas
polifásicos fueron inventados en 1888 por el ingeniero croata-americano Nikola Tesla
(1856-1943), la base del mismo era el descubrimiento del motor asíncrono polifásico. El
empresario norteamericano George Westinghouse (1846-1914) compró las patentes de
Tesla y elimpacto del nuevo sistema tuvo lugar en la Exposición Mundial de Chicago de
1893, donde se presentó un generador bifásico que suministraba dos tensiones desfasadas
90o en el tiempo a base de acoplar en el mismo eje mecánico dos alternadores monofásicos
decalados 90o entre sí. Más tarde la compañía Westinghouse obtuvo en 1893 el permiso
para construir en las cataratas del Niágara una centralhidroeléctrica que se equipó con alternadores bifásicos y que entró en servicio en 1896. Disponía esta central de diez alternadores bifásicos de 3500 kVA cada uno. Europa a través de la compañía alemana AEG (Allgemeine Elektrizitats Gesellschafts) construyó en 1891 la primera línea de transporte
trifásica del mundo con motivo de la Exposición Internacional de Electricidad de Frankfort. La línea tenía175 km de longitud y unía las ciudades alemanas de Lauffen y Frankfort. Se instaló la central hidroeléctrica en el río Neckar cerca de Lauffen que disponía de
dos alternadores trifásicos de 210 kVA (uno de estos alternadores se expone en una sala
del Museo de Ciencias de Munich, Deutsches Museum). El proyecto fue realizado por Michael Dolivo-Dobrowolsky (1861-1919) director técnico de la AEG, losalternadores fueron construidos por los talleres suizos Oerlikon y diseñados por el ingeniero C. E. L.
Brown (1863-1924), quien posteriormente fundaría a finales de 1891 la multinacional suiza
Brown Boveri. Esta compañía se unió en 1987 con la empresa sueca ASEA (Almanna
Svenska Elektriska Aktiebolaget) para formar la actual multinacional ABB.
En este capítulo se estudian únicamente los sistemastrifásicos puesto que son los que
con más frecuencia se utilizan en la generación, transporte y distribución de energía eléctrica. La ventaja de los sistemas trifásicos en la ingeniería se debe a las siguientes propiedades:
1. Para transportar una determinada energía, a una cierta tensión, el sistema trifásico es
más económico que el sistema monofásico, a igualdad de potencia a transmitir e
igualdaden las pérdidas en el cobre de la línea, ya que se obtiene un ahorro en el
peso de cobre de un 25 %.
2. La potencia instantánea de un sistema trifásico es constante, independiente del tiempo, por ello los motores trifásicos tienen un par absolutamente uniforme, lo que evita vibraciones y esfuerzos en el rotor.
3. Los motores trifásicos pueden arrancar por sí mismos, sin embargo los motoresmonofásicos necesitan dispositivos especiales para conseguir su arranque.
Existen también en la actualidad sistemas bifásicos que se emplean en servomecanismos, en aviones y barcos, para detectar y corregir señales de rumbo, indicación de alerones, etc.; sin embargo en la mayoría de los casos, cuando se necesitan sistemas mono o
bifásicos, se consiguen utilizando de una forma adecuada los sistemas...