1-CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA

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MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS 1.CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA 1.1: GENERACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA El generador eléctrico es una máquina rotativa a la que ingresa energía mecánica y que genera corriente eléctrica alterna. Está formado por un rotor (giratorio) que produce un campo magnético rotante, cuyas líneas de fuerza cortan las espiras de la bobina alojada en el estator (fijo). Basándonos en la ley de Faraday que dice lo siguiente: (1-1) U: tensión eléctrica N: Nº de espiras de las bobinas ф: flujo magnético t: tiempo Esta tensión eléctrica U es alterna de variación senoidal. Si el generador tiene tres grupos de bobinas: R, S y T, estas bobinas estarán defasadas 120 grados geométricos, por lo tanto las tensiones generadas estarán defasadas 120º grados eléctricos, ver fig. 1-1 E R S T T Fig. 1-1 Estas tres tensiones son de igual magnitud, por lo tanto, la suma de los valores instantáneos de ellas es constantemente nula. Se pueden considerar dos tipos de tensiones, la de fase (U F ) que es la tensión medida en cada bobina del generador y la de línea (U L ) que es la tensión medida entre dos fases cualesquiera. En este caso el receptor (carga) de esta tensión eléctrica trifásica, deberá ser también trifásico o tres monofásicos. Normalmente U F = 220 V y U L = 380 V. 1.2: CONEXIÓN EN ESTRELLA Ing. JOSE MIGUEL POLI 1

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MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

1.CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA1.1: GENERACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA

El generador eléctrico es una máquina rotativa a la que ingresa energía mecánica y que genera corriente eléctrica alterna. Está formado por un rotor (giratorio) que produce un campo magnético rotante, cuyas líneas de fuerza cortan las espiras de la bobina alojada en el estator (fijo).

Basándonos en la ley de Faraday que dice lo siguiente:

(1-1)

U: tensión eléctricaN: Nº de espiras de las bobinasф: flujo magnéticot: tiempo

Esta tensión eléctrica U es alterna de variación senoidal. Si el generador tiene tres grupos de bobinas: R, S y T, estas bobinas estarán defasadas 120 grados geométricos, por lo tanto las tensiones generadas estarán defasadas 120º grados eléctricos, ver fig. 1-1

E R S T

T

Fig. 1-1

Estas tres tensiones son de igual magnitud, por lo tanto, la suma de los valores instantáneos de ellas es constantemente nula. Se pueden considerar dos tipos de tensiones, la de fase (UF) que es la tensión medida en cada bobina del generador y la de línea (UL) que es la tensión medida entre dos fases cualesquiera.

En este caso el receptor (carga) de esta tensión eléctrica trifásica, deberá ser también trifásico o tres monofásicos. Normalmente U F = 220 V y U L = 380 V.

1.2: CONEXIÓN EN ESTRELLA

Las tres cargas monofásicas se conectan como están indicadas en la fig. 1-2. R I L I F

U L U F N O IL = IF

S T

Fig. 1-2En este caso el punto común “O” de unión de las tres cargas, suponiendo estas iguales, se llama neutro y

su tensión con respecto a tierra es de cero voltios. U F R 30º U L

120º

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O U F T U F S

Fig. 1-3La relación entre los dos tipos de tensiones, de fase y de línea, se determina geométricamente de la fig. 1-

3.

(1-2)

(1-3) y (1-4)

Cada carga está sometida a una tensión de UF. En este caso la intensidad de corriente de fase (I F) y de línea (I L) es la misma, según puede apreciarse en la fig. 1-2. 1.3: CONEXIÓN EN TRIANGULO

Las tres cargas monofásicas se conectan como están indicadas en la fig. 1-4.

R I L I F U F = U L S

TFig. 1-4

Este tipo de conexión no tiene punto neutro. La intensidad de corriente de línea es la suma vectorial de las intensidades de corrientes de las dos fases que concurren a ella.

De forma análoga a la fig. 1-3, pero trabajando con corrientes:

(1-5) y (1-6)

1.4: CIRCUITOS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS

Normalmente las cargas industriales son trifásicas y las mismas se pueden suponer como tres cargas monofásicas prácticamente idénticas, hay otro tipo de cargas que son puramente monofásicas (iluminación) y que generalmente están alimentadas desde una red trifásica, ver fig. 1-5

Para lograr que el sistema esté equilibrado habrá que distribuir las cargas monofásicas en las tres fases, de tal forma que cada una de estas quede cargada en forma idéntica a las otras. Por lo tanto las corrientes de línea de las tres fases deben ser idénticas, o lo que es lo mismo la suma de sus valores instantáneos debe ser igual a cero.

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Fig. 1-5Las tres cargas monofásicas son equivalentes a una carga trifásica montada en estrella. Si el sistema está

equilibrado, el conductor de neutro estará a cero voltios (potencial de tierra) y por él no circulará corriente.

1.5: POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS

La potencia total trifásica será la suma de las tres potencias individuales de cada fase.

(1-7)

Si en vez de tomar valores de fase, tomo valores de línea, que es lo más aconsejable desde el punto de vista práctico para facilitar la medición de estos parámetros, obtengo

(1-8)

(1-9)La fórmula (1-9) me da el valor de la potencia trifásica (el análisis se hizo para un circuito conectado en

estrella), pero tiene validez para los dos tipos de conexiones.

1.6: POTENCIAS ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE

Supongamos un circuito en forma general, como el de la fig. 1-6, donde la carga está representada por la impedancia “ z”,

Z I

U

Fig. 1-6

(1-10)

El ángulo “ ” variará de acuerdo a la naturaleza de la carga y mide el atraso (o adelanto) de la corriente respecto de la tensión, el valor del cos es lo que se denomina “factor de potencia”. La fórmula anterior me da la llamada potencia activa y su valor está expresado en Watt.

Fig. 1-7La fig. 1-7 corresponde al diagrama vectorial del circuito anterior, con un ángulo “ ” de atraso de la

corriente con respecto a la tensión. El producto de la tensión por la componente de la corriente en fase con ella me da el valor de la potencia

activa y es la única que me produce trabajo útil

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El producto de la tensión por la componente de la corriente atrasada a 90º con la misma no me produce trabajo útil y es la potencia consumida para transformar energía eléctrica en magnética, recibe el nombre de potencia reactiva, su valor está expresado en Volt Amperes Reactivos

(1-11)

Si hacemos el producto directo de la tensión por la corriente, obtenemos lo que se denomina potencia aparente y su valor está expresado en Volt. Amperes.

(1-12)

Como vemos las fórmulas de las potencias están en relación directa con los valores de la corriente y sus componentes, por lo tanto

(1-13)

P: Potencia Activa en WattPr: Potencia Reactiva en Volt Amperes ReactivosPa: Potencia Aparente en Volt Amperes

1.7: EL FACTOR DE POTENCIA

De esta forma se conoce al ”cos ” y es de suma importancia, pues las empresas distribuidoras exigen cierto valor, por debajo del cual establecen multas que se aplican sobre la tarifa eléctrica.

Por lo tanto habrá que hacer las correcciones necesarias para no incurrir en penalizaciones.

(1-14)

1.8: BIBLIOGRAFIA

Manual del Electricista: Francisco Singer – Ed. Hispanoamericana S. A.

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