GENERACION DE SISTEMAS TRIFASIC TRIF ASICOS OS Historia de los circuitos trifásicos Nikola Tesla, un inventor Serbio-Americano fue quien descubrió descubrió el principio del campo magnético magnético rotatorio rotatorio en 188, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna! "l inventó el sistema de motores # generadores de corriente alterna polif$sica que da energ%a al planeta! Sin sus inventos el d%a de &o# no ser%a posible la electrificación que impulsa al crecimiento de la industria # al desarrollo de las comunidades! 'l descu descubr brim imie ient nto o de el camp campo o magn magnét étic ico o rota rotato torio rio producido por las interacciones de corrientes de dos # tres fases en un motor fue uno de sus m$s grandes logros # fue la base para la creación de su motor de inducción # el sistema polif$sico de generación # distribución de electricidad! (racias a esto, grandes cantidades de energ%a eléctrica pueden ser generadas # distribuidas eficientemente a lo largo de grandes distancias, desde las plantas generadoras &asta las poblaciones que alimentan! A)n en estos d%as se contin)a c ontin)a utili*ando la forma trif$sica de el sistema polif$sico de Tesla Tesla para la transmisión de la electricidad, adem$s la conversión de electricidad en energ%a mec$nica es posible debido a versiones me+oradas de los motores trif$sicos de Tesla! Tesla!
'n a#o de 188, (eorge .esting&ouse, cabe*a de la compa/%a de electricidad .estin stin&o &ous use e comp compró ró las pat patente entess del sist sistem ema a pol polif$s if$sic ico o de gener enera adore dores, s, transformadores # motores de corriente alterna de Tesla!
'n octubre de 180 la comisión de las cataratas del Niagara otorgó a .esting&ouse un contrato para construir la planta generadora en las cataratas, la cual ser%a alimentada por los primeros dos de die* generadores que Tesla dise/ó! 2ic&os dinamos de 333 caballos de fuer*a fueron los m$s grandes construidos &asta el momento! (eneral 'lectric registró algunas de las patentes de Tesla # recibió un contrato para construir millas de l%neas de transmisión &asta 4uffalo! 5ara este pro#ecto se utili*o el sistema polif$sico de Tesla! 6os primeros tres generadores de corriente alterna en el Niagara fueron puestos en marc&a el 17 de noviembre de 1807!
Sistema trifásico 'n ingenier%a eléctrica un eléctrica un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución # consum consumo o de energ%a eléct eléctrica rica forma formado do por por tres tres corrien corrientes tes alter alternas nasmon monof$ of$sic sicas as de igual frecuencia frecuencia # # amplitud amplitud # # por consiguiente, valor efica*9 efica*9 que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 13:, # est$n dadas en un orden determinado! ;ada una de las corrientes monof$sicas que forman el sistema se designa con el
nombre de fase fase!!
n sistema trif$sico trif$sico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes corrientes son iguales # est$n desfasados simétricamente! ;uando alguna de las condiciones anteriores no se cumple corrientes diferentes o distintos desfases entre ellas9, el sistema de tensiones es un desequilibrado o m$s com)nmente llamado un sistema sistema desbalanceado desbalanceado! ?ecibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas desequilibradas el con+unto con+unto de impedancias impedanciasdistintas distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 13:, aunque las tensiones del sistema o de la l%nea sean equilibradas o balanceadas! 'l sistema trif$sico presenta una serie de venta+as como son la econom%a de sus l%neas de transporte de energ%a &ilos m$s finos que en una l%nea monof$sica equivalente9 # de los transformadores transformadores utili*ados, utili*ados, as% como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la l%nea trif$sica alimenta con potencia potencia constante constante # no pulsada, como en el caso de la l%nea monof$sica! 6os generadores generadores util utili*ados i*ados en centrales centrales eléctricas son trif$sicos, trif$sicos, dado que la cone@ión cone@ión a la red eléctrica debe ser trif$sica salvo para centrales de poca potencia9! 6a trif$sica
se usa muc&o en industrias, donde las m$quinas funcionan con motores motores para para esta tensión! '@isten dos tipos de cone@ión en triángulo # en estrella! 'n estrella, el neutro neutro es es el punto de unión de las fases!
PARTES DE UN ALTERNADOR >na m$quina eléctrica rotativa est$ compuesta de los siguientes partesB
Un circuito magnético -
Estator. 5arte fi+a!
-
Rotor. 5arte móvil que gira dentro del estator!
Entreierro. 'spacio de aire que separa el estator del rotor # que permite que pueda e@istir movimiento! 2ebe ser lo m$s reducido posible!
Dos circuitos eléctricos! uno en el rotor # otro en el estator! Arrollamiento o de"anado de e#citaci$n o inductor. >no de los devanados, al ser recorrido por una corriente eléctrica produce una fuer*a magnetomotri* que crea un flu+o magnético! %nducido! 'l otro devanado, en el que se induce una f!e!m! que da lugar a un par motor si se trata de un motor9 o en el que se induce una f!c!e!m! que da lugar a un par resistente si se trata de un generador9! 'n el estator se se alo+an tres bobinas, desfasadas entre si 13= ! ;ada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trif$sico # dan lugar a un campo magnético giratorioB
La "elocidad del cam&o magnético giratorio se denomina "elocidad s'ncrona ()s* # depende de la frecuencia de la red eléctrica a la que esté conectado el motor! 'n el e+emplo anterior por cada periodo de la red el campo dar$ una vuelta! ns C 73 f Sólo se creaban un par de polos magnéticos! 'n general se pueden originar p pares de polos! 5ara un devanado con p pares de polosB
El rotor , es la parte móvil giratoria que se locali*a en el interior del estator! 'st$ &ec&o a base de placas apiladas # montado sobre el e+e del motor! 2ispone de unas ranuras donde van colocados los conductores que forman la bobina de inducido que est$n cerrados cerrados sobre sobre s% mismos mismos consti constitu# tu#end endo o un circui circuito to cerrado cerrado!! Al ser afect afectados ados los conductores por un campo magnético variable se generan en ellos f!e!m! que dan lugar a corrientes eléctricas! Al circular las corrientes eléctricas por unos conductores dentro de un campo magnético, magnético, aparecen fuer*as que obligan al rotor a moverse siguiendo siguiendo al campo magnético! 2esde el punto de vista constructivo se pueden distinguir dos formas t%picas de rotorB D Rotor de +aula de ardilla. 'st$ constituido por barras de cobre o de aluminio # unidas en sus e@tremos a dos anillos del mismo material! D rotor est$ est$ cons constititu tuid ido o por por tres tres Roto Rotorr ,o,i ,o,ina nado do o de anil anillo loss ro-a ro-ant ntes. es. 'l rotor devanados de &ilo de cobre conectados en un punto com)n! 6os e@tremos pueden estar conectados a tres anillos de cobre que giran solidariamente con el e+e anillos ro*antes9! Eaciendo contacto con estos tres anillos se encuentran unas escobillas que perm permititen en conect conectar ar a esto estoss deva devana nado doss unas unas resis resiste tenc ncias ias que que perm permititen en regu regula larr la velocidad de giro del motor! Son m$s caros # necesitan un ma#or mantenimiento! >n componente clave del generador as%ncrono es el rotor de +aula! Sol%a llamarse rotor de +aula de ardilla!
'ste es el rotor que &ace que el generador as%ncrono sea diferente del generador s%ncrono! 'l rotor consta de un cierto n)mero de barras de cobre o de aluminio, conectadas eléctricamente por anillos de aluminio finales! 'n el dibu+o del principio de la p$gina puede verse el rotor provisto de un n)cleo de F&ierroF, utili*ando un apilamiento de finas l$minas de acero aisladas, con agu+eros para las barras conductoras de aluminio! 'l rotor se sit)a en el centro del estator, que en este caso se trata de nuevo de un estator tetrapolar, conectado directamente a las tres fases de la red eléctrica!
Esco,illas o ar,ones 6as escobillas escobillas est$n fabricadas de carbón prensado prensado # calentado calentado a una temperatura temperatura de 133:;!
Se apo#an ro*ando contra el colector gracias a la acción de unos resortes, que se inclu#en para &acer que la escobilla esté ro*ando continuamente contra el colector! 'l material con que est$n fabricadas las escobillas producen un roce suave equivalente a una lubricación!
Porta ar,ones Son elementos que su+etan # canali*an el movimiento de los carbones! 6os se desli*an libremente en su ca+a siendo obligadas a apo#arse sobre el colector por medio de un resorte que carga al carbón con una tensión determinada!
LA ORR%ENTE DE SAL%DA DE UN ALTERNADOR TR%/0S%O.
PR%N%P%O DE /UN%ONA1%ENTO 5artimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las l%neas de fuer*a de un campo magnético, se origina en dic&o conductor una corriente eléctrica! 6a generación de corriente trif$sica tiene lugar en los alternadores, en relación con un movimiento giratorio! Seg)n este principio, e@isten tres arrollamientos iguales independientes entre s%, dispuestos de modo que se encuentran despla*ados entre s% 13:! Seg)n el principio, de la inducción, al dar vueltas el motor imanes polares con devanado de e@citación en la parte giratoria9 se generan en los arrollamientos tensiones alternas senoidales # respectivamente corrientes alternas, desfasadas también 13: entre s%, por lo cual quedan desfasadas igualmente en cuanto a tiempo! 2e esa forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trif$sica! Todos los generadores trif$sicos utili*an un campo magnético giratorio! 'n el dibu+o &emos instalado tres electroimanes alrededor de un c%rculo! ;ada uno de los tres imanes est$ conectado a su propia fase en la red eléctrica trif$sica! ;omo puede ver, cada electroim$n produce alternativamente un polo norte # un polo sur &acia el centro! 6as letras est$n en negro cuando el magnetismo es fuerte, # en gris claro cuando es débil! débil! 6a fluctuación fluctuación en el magnetismo magnetismo corresponde corresponde e@actamente e@actamente a la fluctuación fluctuación en la tensión tensión de cada fase! ;uando una de las fases alcan*a su m$@imo, la corriente en las otras dos est$ circulando en sentido opuesto # a la mitad de tensión! 2ado que la duración de la corriente en cada im$n es un tercio de la de un ciclo aislado, el campo magnético dar$ una vuelta completa por ciclo! Aunque las tres corrientes cor rientes son de igual frecuencia e intensidad, la suma de los valores instant$neos de las fuer*as electromotrices de las tres fases, es en cada momento igual
a cero, lo mismo que la suma de los valores instant$neos de cada una de las fases, en cada instante, como podemos ver en la siguiente figura
Aqu% mostramos las tres fases, #a desfasadas sobre un mismo e+e a 13=! 6a l%nea negra del grafico representa la corriente corriente de distinta distinta polaridad, es decir, en este caso el negativo negativo de la fase 1, corriente corriente opuesta a las fases # que son por su naturale*a de polaridad positiva!
G5or qué se usan los circuitos trif$sicosH 6a principal aplicación aplicación para los circuitos circuitos trif$sicos trif$sicos se encuentra encuentra en la distribución distribución de la energ%a eléctrica por parte de la compa/%a de lu* a la población! Nikola Tesla probó que la me+or manera de producir, transmitir # consumir energ%a eléctrica era usando circuitos trif$sicos! Algunas de las ra*ones por las que la energ%a trif$sica es superior a la monof$sica son B
6a potencia en I
G;ómo se genera la energ%a trif$sicaH
Si rotamos un campo magnético a través de una bobina entonces se produce un volta+e monof$sico como se ve a continuaciónB
'n cambio, si colocamos tres bobinas separadas por $ngulos de 13: se estar$n produciendo tres volta+es con una diferencia de fase de 13: cada uno!
Dis&osici$n de la ,ornera o &laca de cone#iones 5ara permitir una r$pida # segura cone@ión a la red de las m$quinas trif$sica de ;!A! los e@tremos de sus arrollamientos convergen a una bornera o placa de cone@ión ubicada sobre la carcasa e@terior de dic&a m$quina! 6o bornes de dic&a placa llevan la marca correspondiente a los principios >-<-. # finales L-M- de los arrollamientos de la bornera pudiéndose pasar f$cilmente de una cone@ión a otra con solo modificarse la posición de los puentes de cone@ión de los bornes!
2istribución interna de los bobinados de una bornera de una m$quina trif$sica
'n la i*quierda del lector se observa una cone@ión 'strella, en donde se unen todos los finales de bobina L,M,9 # se obtiene el neutro! 'n la derec&a se observa una cone@ión Tri$ngulo, en donde se unen todos los Fprincipios de bobinaF >,<,.9 con los finales de bobina ,L,M9 respectivamente! 6a ra*ón por la cual se &a adoptado internacionalmente la disposición indicada en la bornera es que ambas cone@iones se logran sin cruce de los puentes de cone@ión! As% entonces para la cone@ión estrella se unen con puentes &ori*ontales los tres bornes superiores o los tres inferiores Ondistintamente9 mientras que para la cone@ión tri$ngulo los puentes de cone@ión se ubican verticalmente! 5ara facilitar el cambio de una cone@ión a otra, es usual contar en las borneras con la misma distancia entre bornes verticales # &ori*ontales, lo que permite utili*ar puentes de la misma longitud para una u otra cone@ión!
'squema de intercone@ión entre bobinas de un alternador trif$sico >bicadas en el estator9 # la bornera en cone@ión estrella alimentando a una l%nea de distribución de P conductores, tres de l%nea # un neutro!
'squema de intercone@ión entre las bobinas del alternador trif$sico >bicadas en el estator9 # la bornera en cone@ión FTri$nguloF alimentando a una l%nea de distribución de tres conductores!
