Aplicaciones De Los Circuitos Trifásicos ¿Cómo se genera la energía trifásica? Si rotamos un campo magnético a través de una bobina entonces se produce un voltaje monofásico como se ve a continuación: En cambio, si colocamos tres bobinas separadas por ángulos de 120° se estarán produciendo tres voltajes con una diferencia de fase de 120° cada uno un o
¿Por qué se usan los circuitos trifásicos? !a principal aplicación para los circuitos trifásicos se encuentra en la distribución de la energ"a eléctrica por parte de la compa#"a de lu$ a la población %i&ola 'esla probó (ue la mejor manera de producir, transmitir ) consumir energ"a eléctrica era usando circuitos trifásicos *lgunas de las ra$ones por las (ue la energ"a trifásica es superior a la monofásica son: •
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!a potencia en + + * -+ilo olts *mpere. de un motor trifásico es apro/imadamente apro/imadamente 10 ma)or (ue la de un motor monofásico En un sistema trifásico balanceado los conductores necesitan ser el del tama#o tama#o (ue necesitar"an necesitar"an para un sistema monofásico con la misma potencia en * por lo lo (ue esto a)uda a disminuir los costos ) por lo tanto a justi3car el tercer cable re(uerido !a potencia proporcionada por un sistema monofásico cae tres veces por ciclo !a potencia proporcionada proporcionada por un sistema trifásico nunca cae a cero por lo lo (ue la potencia enviada a la carga es siempre siempre la misma misma
Conceptos relacionados con el sistema trifásico. En un sistema trifásico tenemos (ue tener claro ciertos conceptos ), además cada concepto tiene (ue ser interpretado seg4n su conte/to: 5ases o l"neas de fase 6uando se utili$a esta e/presión es (ue nos estamos re3riendo a los tres conductores (ue conforman la l"nea o el tendido trifásico 'ensión o voltaje de l"nea %os referimos a la tensión (ue 7a) entre dos fases 'ensión o voltaje de fase %os referimos a la tensión (ue 7a) entre una fase ) el neutro o la masa8tierra oltaje trifásico %os referimos a la tensión de l"nea Sistema dese(uilibrado o desbalanceado 'ambién podemos encontrar esta misma e/presión e/presada de otras maneras: corrientes dese(uilibradas o desbalanceadas, fases dese(uilibradas o desbalanceadas, etc 6uando encontremos una e/presión de este estilo (uiere decir (ue no 7a) 120° de despla$amiento entre las diferentes se#ales senoidales de fases ) puede ser un serio problema por(ue estaremos cargando a una fase más (ue a otras 'ransformador de despla$amiento fase Es un aparato o má(uina eléctrica capa$ de despla$ar las fases Se rige bajo el principio del transformador !a secuencia de fases %os referimos al orden en (ue están colocadas las fases Es importante conocer la secuencia de fases por(ue de ello dependerá el sentido de giro de un motor, por ejemplo
Conceptos 9ara comprender como funcionan los circuitos trifásicos es n ecesarios primero conocer cómo se denominan las partes (ue lo componen, as" como todos los conceptos relacionados Sin un claro entendimiento de todo esto se pueden ocasionar confusiones a la 7ora de resolver un problema con circuitos trifásicos oltajes trifásicos balanceados 9ara (ue los tres voltajes de un sistema trifásico estén balanceados deberán tener amplitudes ) frecuencias idénticas ) estar fuera de fase entre s" e/actamente 120° mportante: En un sistema trifásico balanceado la suma de los voltajes es igual a cero:
Va + Vb + Vc = 0
Circuito trifásico alanceado Si las cargas se encuentran de manera (ue las corrientes producidas por los voltajes balanceados del circuito también están balanceadas entonces todo el circuito está balanceado
!olta"es de fase 6ada bobina del generador puede ser representada como una fuente de voltaje senoidal 9ara identi3car a cada voltaje se les da el nombre de voltaje de la fase a, de la fase b ) de la fase c
#ecuencia de fase positi$a 9or convención se toma siempre como voltaje de referencia al voltaje de fase a 6uando el voltaje de fase b está retrasado del voltaje de fase a 120° ) el voltaje de fase c está adelantado al de fase a por 120° se dice (ue la secuencia de fase es positiva En esta secuencia de fase los voltajes alcan$an su valor pico en la secuencia a;b;c !os voltajes de a, b ) c representados con fasores son los siguientes:
en donde Vm es la magnitud del voltaje de la fase a
#ecuencia de fase negati$a En la secuencia de fase negativa el voltaje de fase b está adelantado 120° al de la fase a ) el voltaje de fase c está atrasado 120° al de la fase a
%eutro %ormalmente los generadores trifásicos están conectados en < para as" tener un punto neutro en com4n a los tres voltajes =aramente se conectan en delta los voltajes del generador )a (ue en cone/ión en delta los voltajes no están perfectamente balanceados provocando un voltaje neto entre ellos ) en consecuencia una corriente circulando en la delta
Análisis de circuitos trifásicos %otas:
; 'odos los valores de voltajes ) corrientes utili$ados en esta página están dados por valores efectivos -=>S. ; !os valores (ue tienen una l"nea encima como
son fasores
Datos importantes
!a suma de los voltajes de un sistema trifásico balanceado es cero
Va + Vb + Vc = 0 * continuación, tenemos el diagrama de un circuito trifásico tomando en cuenta sus partes más importantes:
En la siguiente 3gura se 7an rempla$ado los inductores ) las resistencias por cajas representando las impedancias para simpli3car el es(uema:
Cone&iones posiles entre el generador ' las cargas. 'anto la fuente como las cargas pueden estar conectadas en < o en delta por lo (ue e/isten @ con3guraciones posibles:
9ara poder resolver circuitos trifásicos basta con entender primero cómo resolver un circuito < A < )a (ue cual(uier otra con3guración se puede reducir a un circuito <;< utili$ando transformaciones ;<
Corrientes de línea !as fórmulas para obtener las tres corrientes de l"nea son:
Bonde:
Sin embargo, en un circuito trifásico balanceado en donde sabemos la secuencia de fase basta con calcular una de las corrientes de l"nea para obtener las otras dos )a (ue las demás tienen la misma amplitud, pero están desfasadas en el tiempo por 120°
Circuito equi$alente monofásico
se toma como referencia. para as" poder calcular los datos de las demás fases a partir de esta 6omo se e/plicó en el grá3co de partes de un circuito trifásico, la l"nea neutra no transporta ninguna corriente ) tampoco tiene ning4n voltaje por lo (ue se puede (uitar del circuito <;< o se puede rempla$ar por un corto circuito Ctili$ando esta propiedad podemos obtener a partir de un circuito trifásico un circuito e(uivalente monofásico -una sola fase. (ue nos simpli3ca nuestro análisis
(elación de $olta"es de línea a línea ' de línea a neutro Es importante conocer la manera de obtener un voltaje de l"nea a l"nea a partir de los voltajes de l"nea a neutro ) viceversa
!as fórmulas para obtener voltajes de l"nea a l"nea del lado de la carga a partir de voltajes de l"nea a neutro del lado de la carga en un circuito trifásico con una secuencia positiva son:
en donde es la magnitud del voltaje de l"nea a neutro del lado de la carga, los voltajes
carga )
son los fasores de voltaje de l"nea a l"nea del lado de la es el fasor de voltaje de l"nea a neutro del lado de la carga
!as fórmulas para relacionar los voltajes de l"nea a l"nea con los de l"nea a neutro del lado de la fuente son las mismas, pero substitu)endo cada voltaje de l"nea a l"nea de la carga por cada voltaje de l"nea a l"nea de la fuente ) los voltajes de l"nea a neutro de la carga por los voltajes de l"nea a neutro de la fuente 'ransformaciones delta A <
%ormalmente es mejor tener el circuito en forma de <;< )a (ue de esta manera se tiene una l"nea neutra conectando los dos neutros n ) % ) por lo tanto se puede obtener un e(uivalente monofásico
!as fórmulas para obtener voltajes de l"nea a l"nea del lado de la carga a partir de voltajes de l"nea a neutro del lado de la carga en un circuito trifásico con una secuencia positiva son: •
un e(uivalente monofásico
En situaciones en donde se tiene un circuito con la fuente, la carga o ambas en forma de delta se pueden utili$ar transformaciones de delta a < para (ue (uede en forma de <;<
Si el circuito trifásico tiene la carga balanceada, es decir, todas las impedancias de la carga son e/actamente iguales, entonces podemos obtener la impedancia e(uivalente para cada una de las ramas de la < con la fórmula:
En donde Zy es una de las tres impedancias de la carga en forma de < 6omo la carga está balanceada entonces todas las impedancias de la carga valen lo mismo =elación entre las corrientes de l"nea ) las corrientes de fase en un circuito en forma de delta En las siguientes imágenes se muestra cuáles son las corrientes de l"nea ) las corrientes de fase para una carga en forma de delta:
Es de muc7a utilidad el poder obtener las corrientes de fase a partir de las corrientes de l"nea ) viceversa en problemas (ue involucren cargas o fuentes en forma de delta !a ra$ón es (ue cuando en un circuito trifásico tenemos una carga en forma de delta no podemos obtener un circuito monofásico e(uivalente )a (ue no 7a) l"nea neutra 6omo un circuito monofásico es más fácil de resolver (ue uno trifásico lo mejor en este caso es transformar la delta utili$ando transformaciones delta;< a una <, posteriormente )a (ue se tiene la carga ) la fuente en forma de < se puede obtener el circuito e(uivalente monofásico como se e/plicó anteriormente ) as" obtener la corriente de l"nea Cna ve$ (ue obtenemos esta corriente de l"nea es posible saber en base a esta cuánto vale la corriente en cada una de las ramas de la delta ) por lo tanto se da respuesta al problema inicial Dbservando las 3guras podemos notar lo siguiente: • • •
!a corriente en cada bra$o de la delta es la corriente de fase El voltaje en cada bra$o de la delta es el voltaje de fase El voltaje de fase es igual al voltaje de l"nea
En un circuito trifásico con secuencia de fase positiva en donde es la magnitud de la corriente de fase ) la corriente de fase * es la corriente de referencia, las fórmulas para obtener las corrientes de l"nea a partir de las corrientes de fase son:
