Circuitos Trifásicos y Transformadores

Circuitos Trifásicos y Transformadores

1. Sistemas Polifásicos

   • Es un tipo de maquinaria el cual nos permite generar electricidad
     • a través del principio de corrientes inducidas
   • Se define como
     • Conjunto de varios sistemas monofásicos con sus generadores conectados en estrella o en delta
     • Conjunto ordenado de n funciones sinusoidales de la misma frecuencia, o de sus fasores
       • Según el número de sistemas monofásicos que lo forman
       • Ejemplo: Polifasico si lo componen mas sistemas monofasicos, si lo componen dos bifasico, tres trifasico, cuatro tetrafasico
   • Ventajas
     • Reducción de costos
       • Transmitir en un sistema polifásico es menos costoso, ya que se emplea menos cableado y cableado de menor grosor
     • Mayor capacidad
       • Tiene una capacidad mayor, de hasta un 180% comparado con un generador monofásico
     • Practico.
       • Se puede obtener una fuente monofásica de una fuente trifásica
   • Generadores polifásicos más comunes

2. Trifásicos

   • Tres fases, tres componentes de corriente con un desfasamiento en él tiempo respecto a cada uno, idealmente en el embobinado sé coloca con 120° de diferencia
     • Si dentro de un imán fijo existe un rotor que gira a velocidad angular constante  (rad/s) y sobre él tres juegos de bobinas formadas por los devanados AA’, BB’ y CC’ que forman un ángulo entre sí de 120°. Se genera una fem en cada devanado de igual amplitud y frecuencia y defasadas 120º en el tiempo.
       • Los sistemas de tensión polifásicos se representan mediante fasores
         • A cada una de las fases se le representa fasorialmente
         • Son vectores rotatorios en sentido contrario de las agujas del reloj
         • Representación fasorial
   • Fórmulas para obtención de magnitudes
     • Una condición que se debe cumplir es:
   • Conexiones
     • Las impedancias de carga pueden ser trifásicas y pueden conectarse también en estrella (Y) o delta ().
     • Conexión Estrella
       • La conexión en estrella se obtiene uniendo en un punto común N, llamado neutro, a los terminales de polaridad de referencia positiva.
     • Conexion Delta
       • La conexión en delta (triángulo) se obtiene uniendo sucesivamente los terminales de distinta polaridad. No existe punto común.
     • Conexión Y-Y balanceada Conductores externos: conductor de fase Conductor de retorno: conductor neutro
       • Tencion de fase
       • Condiciones
       • Tensiones de línea: La tensión de línea adelanta 30º respecto de la tensión de fase
       • Corriente y fase de linea
         • Tencion de Linea
           • Tensiones de fase
           • Tenciones
         • Corriente de Liena
           • Corrientes: La corriente de línea retrasa 30° respecto de la corriente de fase (sentido opuesto a las manecillas del reloj.
         • Aplicando la ley de Kirchhoff de los nodos al centro de la carga, la intensidad por el conductor neutro será nula, y puede eliminarse.
     • Conexión Δ-Δ balanceada
     • El cálculo de sistemas o circuitos trifásicos equilibrados se simplifica reduciendo el mismo a un problema monofásico equivalente.

3. Sistemas de generación

   • Conexiones
     • Estrella
       • Diagrama
       • Consideraciones
       • Para reducir los costos de la línea de distribución, es unir los tres conectores de retorno en uno solo, que se denominará conductor neutro. Su representación la tenemos en la siguiente imagen, al igual que sus consideraciones.
     • Delta
       • En esta configuración no existe un punto neutro que nos permita producir un sistema de cuatro hilos. Diagrama:
       • Consideraciones
         • Están dados por pares de datos (de fase a fase) Su representación fasorial lo tenemos en la siguiente imagen para ambos casos.

4. Tensiones y Corrientes de línea y fase.

   • Cuando se distribuye la tensión trifásica en línea de tres hilos conductores
     • Línea VL a la que aparece entre cada par de hilos R, S y T
     • Se llamará intensidades de corriente de línea IL a las que circulan por cada uno de los hilos.
     • Los extremos de cada carga se llamará tensión de fase VF, y la corriente que circula por ella se llamará corriente de fase IF.
   • Tensiones trifásicas balanceadas
     • Cuando en los circuitos trifásicos, en cada fase del generador están unidas a las impedancias de carga independientemente de los demás por medio de conductores
       • Circuito trifásico independiente (tres mallas independientes).
       • Si las tres impedancias de carga son iguales en módulo y fase constituyen un sistema equilibrado.
       • Un sistema (circuito) trifásico es equilibrado cuando el generador (fuentes de igual amplitud y frecuencia y fase entre ellas constante) y la carga (impedancias iguales entre sí)
         • Sus condiciones son
           • La impedancia de la línea debe ser la misma en todas las fases.
           • Las magnitudes de fase y de línea en sistemas equilibrados están relacionadas entre sí
             • Relaciones entre tensiones de línea y de fase en sistemas conectados en estrella
             • Relaciones entre corrientes de línea y de fase en sistemas conectados en delta Δ

5. El transformador

   • Distribución de energía eléctrica
     • Subir y bajar las tensiones con la ca que con la cd.
       • Para la transmisión a grandes distancias es deseable usar una tensión elevada y una corriente tan pequeña como sea posible;
     • Reduce las pérdidas de i2R en las líneas de transmisión, y permite utilizar alambres delgados,
       • Imponen tensiones relativamente bajas en los equipos de generación
     • Las líneas de transmisión actuales operan de manera rutinaria con tensiones eficaces del orden de 500 kV.
       • La tensión estándar para el cableado doméstico es de 120 V a una fase y 220 V a dos o tres fases.
   • El diagrama de un transformador elevador idealizado
     • Muestra el devanado primario conectado a una fuente de ca; el secundario está conectado a un dispositivo con
       • El transformador eléctrico es una máquina electromagnética que se usa para aumentar o disminuir una fuerza electromotriz (
       • La razón de las tensiones terminales modificando la razón de las espiras con el siguiente arreglo
   • El transformador con núcleo de hierro
     • Los transformadores de núcleo de hierro son máquinas eléctricas que están conformados por estructuras magnéticas laminadas
       • Tienen diversos usos
         • Sistemas eléctricos de potencia, en las redes de distribuciones primarias y secundarias, en las subestaciones de las plantas industriales, en edificaciones de múltiple, usos y centros de transformación.
       • Las láminas estándar que se encuentran actualmente en el mercado tienen un espesor de 0,50 mm y solo el tipo “especial” tiene un espesor de 0,35 mm
         • Aquellas que tienen un espesor de 0,35 mm tienen mayor rendimiento porque son menores las pérdidas causadas por la dispersión y por las corrientes de Foucault.
       • Debemos señalar que las corrientes parásitas y las pérdidas de histéresis aumentan considerablemente al aumentar la frecuencia de trabajo
         • baja frecuencia hasta un máximo de 20’000 - 30’000 Hz
       • Para trabajar en frecuencias comprendidas entre 10’000 – 100’000 Hz conviene núcleos de ferrita compuestos de microscópicos granitos de hierro unidos por pegamentos especiales que los aíslan unos de otros
         • Cuanto más ligero es el núcleo menos polvo de hierro hay en su cuerpo, por lo que más alta será su frecuencia de trabajo
         • Los núcleos de ferrita muy pesados son capaces de trabajar hasta una frecuencia máxima de 2MHz, los más ligeros hasta 20/50 MHz y los ligerísimos incluso en frecuencias superiores a los 100MHz.

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