Voltajes trifásicos Introducción Una fuente trifásica es un dispositivo que cuenta con tres fases de voltaje (la forma más común es “balanceada”, es decir, de igual amplitud y frecuencia), pero desfasadas 120° eléctricos entre sí. La generación y transmisión de potencia eléctrica son más eficientes para circuitos polifásicos que para circuitos monofá- sicos. Entre sus características principales pueden citarse: La potencia transmitida es constante e independiente del tiempo (y no pulsante, como sucede con circuitos monofásicos). Los motores trifásicos arrancan mucho mejor que los monofásicos.
Introducción Por su distribución geométrica, el voltaje producido en cada devanado está ligeramente adelantado del que aparece en el devanado siguiente, según el sentido de giro del rotor. Esto se debe a la mayor densidad de flujo magnético que existe en un devanado frente a otro. La forma como pueden estar distribuidos los devanados es la siguiente: a b c (Gp:) Generador de CA (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc Un generador de CA trifásica cuenta con un magneto giratorio y devanados fijos, desplazados entre sí y distribuidos en la periferia de la máquina.
Formas de onda Las formas de ondas producidas en un generador trifásico son las siguientes: V: Valor eficaz Rotación abc (la rotación puedeinvertirse, cambiandoel sentido de giro) (Gp:) Voltajes de Fase
Fasorialmente, los voltajes trifásicos pueden escribirse como: Gráficamente: (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) 120° (Gp:) 120° (Gp:) 120° Formas de onda
Circuitos Trifásicos YY e YD Conexiones posibles en el generador Observando el esquema del generador, se apreció que se tiene 6 terminales. Considerando que la impedancia de cada fase es despreciable, la forma de conexión de los devanados admite dos posibles configuraciones: Y (o estrella) y ? (Delta o Triángulo). Estrella Delta (Gp:) Generador de CA (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) b (Gp:) a’ (Gp:) b’ (Gp:) c (Gp:) c’ (Gp:) a (Gp:) c (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) a (Gp:) a’ (Gp:) b (Gp:) b’ (Gp:) c’ (Gp:) n (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) a’ (Gp:) b’ (Gp:) c’ (Gp:) a (Gp:) b (Gp:) c
En la conexión Y (estrella), los terminales “ a’-b’-c’ ” se conectan entre sí en un punto común “n”, denominado “neutro”. La razón del nombre puede justificarse a partir del diagrama fasorial anterior, donde se observa que el potencial de dicho punto es “0” (“cero”). Conexiones posibles en el generador Al extraer los terminales del generador, el neutro puede o no estar disponible. En caso de tener conectadas cargas balanceadas, el neutro no es necesario. El voltaje entre cada línea viene dado por:
Si la tensión de fase se expresa como Vfase, se tendrá: Conexiones posibles en el generador (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) 120° (Gp:) Vab (Gp:) 30° (Gp:) El voltaje de línea es veces el voltaje de fase, y están desfasados 30º entre sí. Gráficamente:
Para la red domiciliaria: Conexiones posibles en el generador Por lo tanto: (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) n (Gp:) R (Gp:) S (Gp:) T (Gp:) N Va=220V Vb=220V Vc=220V Vac=380V Vab=380V Vbc=380V es decir:
Circuito Y-Y balanceado Una forma de conectar un circuito trifásico a una carga balanceada es la conexión Y-Y con cable de neutro, tal como se muestra en la figura: (Gp:) R (Gp:) S (Gp:) T (Gp:) N Si la carga es balanceada, se tiene que Za=Zb=Zc=ZY, o sea: (Gp:) n (Gp:) Za (Gp:) Zb (Gp:) Zc (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) n (Gp:) a (Gp:) b (Gp:) c (Gp:) Ia (Gp:) Ic (Gp:) Ib (Gp:) In
Circuito Y-D Por las razones expuestas, sólo se considera el caso de un generador conectado en Y y cargas conectadas en Y o en D. Para transformar una red balanceada de un tipo de conexión al otro, se puede emplear la transformación Y-D, es decir: (Gp:) Z3 (Gp:) Z1 (Gp:) Z2 (Gp:) ZB (Gp:) ZA (Gp:) ZC ESTRELLA DELTA
Circuito Y-D En consecuencia, si la red es balanceada, se cumple que: Por lo tanto, una carga tipo D se puede convertir en una tipo Y, y el cálculo se reduce a resolver un circuito Y-Y. Sea el siguiente circuito: (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) n (Gp:) a (Gp:) b (Gp:) c (Gp:) Ia (Gp:) Ic (Gp:) Ib (Gp:) IAB (Gp:) IBC (Gp:) ICA (Gp:) Z? (Gp:) Z? (Gp:) Z? (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) C
Circuito Y-D Se observa que se cumple que: (Gp:) Si , entonces y resulta: En consecuencia:
Circuito equivalente por fase Ya se ha visto que, cualquiera sea la configuración de la carga, siempre es posible convertir el circuito a la configuración Y-Y, resultando un circuito de la forma: Como la corriente en el neutro es cero: (Gp:) Va (Gp:) Vb (Gp:) Vc (Gp:) n (Gp:) a (Gp:) b (Gp:) c (Gp:) Ia (Gp:) Ic (Gp:) Ib (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) C (Gp:) ZY (Gp:) ZY (Gp:) ZY Circuito por fase (Gp:) Va (Gp:) n (Gp:) n (Gp:) ZY (Gp:) Ia