Circuitos Trifáicos Con Cargas Balanceadas En Estrella Y Delta. Equivalentes Monofásicos.

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE IRAPUATO. EXT. ABASOLO

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MATERIA: Circuitos Eléctricos.  

MAESTRO: Omar Daniel Corral García.

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TEMA: Circuitos Trifásicos con cargas balanceadas en estrella y delta. Equivalentes Monofásicos.

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INTEGRANTES: Gerardo Fuentes Ruiz. Marcos Jiménez López. Aaron Bravo Temores. Rafael Campos Diosdado. Daniel García Ramirez. Fabiana GRADO: 5. GRUPO: A. CARRERA: ING. EN ENERGIAS RENOVABLES.

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Abasolo Guanajuato a Martes 11 de noviembre del 2014.

INTRODUCCIÓN  SISTEMA

MONOFÁSICO DE POTENCIA CA: Consta de

un generador conectado a través de un par de conductores (una línea de transmisión) a una carga. 

En la figura 12.1a)aparece un sistema monofásico de dos conductores, donde Vp es la magnitud de la tensión de fuente y la fase.

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SISTEMA MONOFÁSICO DE TRES CONDUCTORES: Contiene dos fuentes idénticas (de igual magnitud y de la misma fase) conectadas a dos cargas por medio de dos conductores exteriores y el neutro.

INTRODUCCIÓN  IMÁGENES

DE SISTEMAS MONOFÁSICOS.

 CIRCUITOS

POLIFÁSICOS: Los circuitos o sistemas en los

que las fuentes de ca operan a la misma frecuencia pero en diferentes fases.

INTRODUCCIÓN  SISTEMA

BIFÁSICO: Se produce con un generador que

consta de dos bobinas dispuestas en forma perpendicular entre sí a fin de que la tensión generada por una se atrase 90° de la otra.

 CIRCUITOS

TRIFÁSICOS: Se produce con un generador

que consta de tres fuentes con la misma amplitud y frecuencia, pero desfasadas 120° entre sí.

INTRODUCCIÓN  IMÁGENES

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DE SISTEMAS TRIFÁSICOS.

3 RAZONES IMPORTANTES DE LOS SISTEMAS TRIFÁSICOS: 1. La potencia eléctrica se genera y distribuye en forma trifásica. 2. La potencia instantánea en un sistema trifásico puede ser constante. 3. El sistema trifásico es más económico que el monofásico.

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

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Las tensiones trifásicas se producen a menudo con un generador (o alternador) trifásico de ca. Este generador consta básicamente de un imán giratorio (llamado rotor) rodeado por un devanado estacionario (llamado estator). Tres devanados o bobinas independientes con terminales a-a’, b-b’, y c-c’ se disponen físicamente alrededor del estator a 120° de distancia entre sí.

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

A causa de que las bobinas se hallan a 120° de distancia entre sí, las tensiones inducidas en ellas son iguales en magnitud pero están desfasadas 120°.

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS Un sistema trifásico habitual consta de tres fuentes de tensión conectadas a cargas mediante tres o cuatro conductores (o líneas de transmisión).

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Un sistema trifásico equivale a tres circuitos monofásicos. Las fuentes de tensión pueden conectarse en estrella, como se observa en la figura a), o en delta, como en la figura b).

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

Las tensiones conectadas en estrella de la figura a). Las tensiones Van, Vbn y Vcn se encuentran respectivamente entre las líneas a, b y c y la línea neutra n. Esas tensiones se llaman tensiones de fase. Si las fuentes de tensión tienen la misma amplitud y frecuencia _ y están desfasadas 120° entre sí, se dice que las tensiones están balanceadas. Esto implica que:

Las tensiones de fase balanceadas son de igual magnitud y están desfasadas 120° entre sí.

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

Dado que las tensiones trifásicas están desfasadas 120° entre sí, hay dos combinaciones posibles. Una posibilidad aparece en la figura a) y se expresa matemáticamente como:

Donde Vp es el valor eficaz o rms de las tensiones de fase. Esto se conoce como secuencia abc o secuencia positiva. En esta secuencia de fases, Van se adelanta a Vbn, la que a su vez se adelanta a Vcn

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

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La otra posibilidad aparece en la figura b) y está dada por Esto se llama secuencia acb o secuencia negativa. En esta secuencia de fases,Van se adelanta a Vcn, la que a su vez se adelanta a Vbn.

TENSIONES TRIFÁSICAS BALANCEADAS 

Las tensiones en las ecuaciones (12.3) o (12.4) satisfacen las ecuaciones (12.1) y (12.2). Por ejemplo, partiendo de la ecuación (12.3).  

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La secuencia de fases es el orden temporal en que las tensiones pasan por sus respectivos valores máximos.

CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA BALANCEADO  

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Un sistema Y-Y (estrella) balanceado es un sistema trifásico con fuente balanceada conectada en Y (estrella) y carga balanceada conectada en Y. Considérese el sistema Y-Y balanceado de cuatro conductores de la figura12.9, en el que una carga conectada en Y se conecta a una fuente conectada en Y. Se supone una carga balanceada, de modo que las impedancias de carga son iguales.

CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA BALANCEADO 

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Aunque Zy es la impedancia de carga total por fase tambien podemos describirla como la suma de la impedancia de fuente Zs: que es la impedancia de fuente, Ze la impedancia de carga, Zl de cada fase ya que estas impedancias están en serie. Zs denota la impedancia interna del devanado de fase del generador; Ze es la impedancia de la línea que une a una fase de la fuente con una fase de la carga; ZL es la impedancia de cada fase de la carga, y Zn es la impedancia dela línea neutra. 

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ZY= Zs+Ze+ZL

CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA BALANCEADO Zs y Ze suelen ser muy reducidas en comparación con ZL, de modo que puede suponerse que ZY ZL si no se da ninguna impedancia de fuente o línea. En todo caso, mediante la agrupación de las impedancias, el sistema Y-Y de la figura 12.9 puede simplificarse en el que se muestra en la figura 12.10.

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CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA BALANCEADO 

Al aplicar la LTK a cada fase de la figura 12.10, se obtienen las corrientes de línea como:

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Se infiere fácilmente que las corrientes de línea suman cero

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De modo que:

CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA BALANCEADO 

O sea

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lo cual quiere decir que la tensión en el conductor neutro es de cero. Así pues, la línea neutra puede eliminarse sin afectar el sistema. De hecho, en transmisión de potencia de larga distancia se emplean conductores en múltiplos de tres en los que la tierra actúa como el conductor neutro.

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Mientras que la corriente de línea es la corriente en cada línea, la corriente de fase es la corriente en cada fase de la fuente o la carga. En el sistema YY, la corriente de línea es igual a la corriente de fase. Se usará un solo subíndice en las corrientes de línea, porque es natural y convencional suponer que las corrientes de línea fluyen de la fuente a la carga.

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CONEXIÓN ESTRELLA ESTRELLA BALANCEADO 

Otra forma de analizar un sistema Y-Y balanceado es hacerlo “por fase”. Se examina una fase, la fase a por ejemplo, y se analiza el circuito monofásico equivalente de la figura 12.12. El análisis monofásico produce la corriente de línea Ia como

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A partir de Ia, se aplica la secuencia de fases para obtener las demás corrientes de línea. Así, en tanto el sistema esté balanceado, basta con analizar una fase. Esto puede hacerse aun si la línea neutra está ausente, como en el sistema de tres conductores.

Conexión estrella-delta balanceado 

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Un sistema estrella-delta balanceado consta de una fuente balanceada conectada en Y que alimenta a una carga balanceada conectada en delta. El sistema Y-delta balanceado se presenta en la figura 12.14, en la que la fuente está conectada en estrella y la carga está conectada en delta. No hay, desde luego, conexión neutra de la fuente a la carga en este caso.

Conexión estrella-delta balanceado 

Otra manera de analizar el circuito Y-delta es transformar la carga conectada en delta en una carga equivalente conectada en Y. Mediante la fórmula de transformación delta-Y de la ecuación.

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El sistema trifásico Y-delta de la figura 12.14 puede remplazarse por el circuito monofásico equivalente de la figura 12.16. Esto permite calcular únicamente las corrientes de línea. Las corrientes de fase se obtienen con base en la ecuación (12.25) y en el hecho de que cada corriente de fase se adelanta respecto a la corriente de línea respectiva en 30°.

Conexión estrella-delta balanceado

Conexión estrella-delta balanceado 

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Un sistema delta-delta balanceado es aquel en el que tanto la fuente balanceada como la carga balanceada están conectadas en delta. La fuente y la carga pueden conectarse en delta como se muestra en la figura 12.17. La meta, como siempre, es obtener las corrientes de fase y de línea.

Conexión estrella-delta balanceado 

Suponiendo una secuencia positiva, las tensiones de fase de una fuente conectada en delta son:

Las tensiones de línea son iguales a las tensiones de fase. Con base en la figura 12.17, suponiendo que no hay impedancias de línea, las tensiones de fase de la fuente conectada en delta equivalen a las tensiones a través de las impedancias; es decir

Conexión estrella-delta balanceado 

Así las corrientes de fase son:

Asimismo, como se indicó en la sección precedente, cada corriente de línea se atrasa de la correspondiente corriente de fase en 30°; la magnitud IL de la corriente de línea es raíz de 3 veces la magnitud Ip de la corriente de fase

CONECCIÓN DELTA-ESTRELLA BALANCEADA  DEFINICIÓN: Un sistema ∆-Y balanceado consta de una fuente

balanceada conectada en ∆ que alimenta a una carga balanceada conectada en Y. 

Considérese el circuito ∆-Y de la figura 12.18. Suponiendo otra vez la secuencia abc, las tensiones de fase de una fuente conectada en delta son:

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Éstas son también las tensiones de línea así como las de fase.

CONECCIÓN DELTA-ESTRELLA BALANCEADA  CIRCUITO

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CON CONECCIÓN ∆-Y BALANCEADA.

Las corrientes de línea pueden obtenerse de muchas maneras. Una de ellas es aplicar la LTK al lazo aANBba de la figura 12.18 y escribir

CONECCIÓN DELTA-ESTRELLA BALANCEADA

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N Pero Ib se atrasa de Ia en 120°, ya que se ha supuesto la secuencia abc; esto es, Ib= Ia <-120°. Por lo tanto

CONECCIÓN DELTA-ESTRELLA BALANCEADA 

La sustitución de la ecuación (12.36) en la ecuación (12.35) produce:

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De esto se obtienen las demás corrientes de línea Ib y Ic siguiendo la secuencia positiva de fases, es decir Ib= Ia<120° Ic= Ia<+120. Las corrientes de fase son iguales a las corrientes de línea.

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CONECCIÓN DELTA-ESTRELLA BALANCEADA 

Por consiguiente, es posible emplear el circuito monofásico equivalente que aparece en la figura 12.20, con base en el cual la corriente de línea de la fase a es:

 CIRCUITO

MONOFÁSICO EQUIVALENTE:

CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA BALANCEADA COMPARACIONES

ENTRE CARGAS CONECTADAS EN DELTA Y FUENTES CONECTADAS EN DELTA. Es

más fácil modificar las cargas en cualquiera de las fases conectadas en delta, ya que las cargas individuales se conectan directamente entre las líneas. En cambio, la fuente conectada en delta difícilmente se usa en la práctica, porque cualquier leve desbalance en las tensiones de fase provocará corrientes circulantes indeseables.

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS DEFINICIÓN:

Un interruptor magnetotérmico, interruptor termomagnético o llave térmica, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Los

de rango de 60 á 100 A de uno y dos polos así como los de tres polos en toda su gama, y los de mayor capacidad de amperaje son utilizados en zonas con mayor demanda de carga eléctrica para uso residencial, comercial e industrial.

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS

INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS

ARRANCADORES Destinados

a hacer la maniobra y protección de motores eléctricos trifásicos y monofásicos. Son

necesarios los arrancadores para limitar la corriente de armadura que fluye cuando el motor se conecta. El arrancador se usa para llevar al motor a su velocidad normal y luego se retira del circuito. El aparato de control ajusta entonces la velocidad del motor según sea necesario

ARRANCADORES

ARRANCADORES Los

arrancadores y controles se han diseñado para satisfacer las necesidades de las numerosas clases de motores de c-c. Por ejemplo, para arrancar los motores de c-c pequeños pueden disponer de un interruptor de línea relativamente sencillo en tanto que los motores de c-c grandes requieren instalaciones más complicadas.

ARRANCADORES