TRABAJO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL: MONOFASICO Y TRIFASICO
Integrantes: Pablo Andres Avello Molina Alfredo Jose Jiménez Sepulveda
INTRODUCCION: Concepto Monofasico: En ingeniería eléctrica, un sistema monofásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por una única corriente alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje varía de la misma forma. La distribución monofásica de la electricidad se suele usar cuando las cargas son principalmente de iluminación y de calefacción, y para pequeños motores eléctricos. Un suministro monofásico conectado a un motor eléctrico de corriente alterna no producirá un campo magnético giratorio, por lo que los motores monofásicos necesitan circuitos adicionales para su arranque, y son poco usuales para potencias por encima de los 10 kW. El voltaje y la frecuencia de esta corriente dependen del país o región, siendo 230 y 115 Voltios los valores más extendidos para el voltaje y 50 o 60 Hercios para la frecuencia. Se denomina corriente monofásica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifásica y un cable neutro. En España y demás países que utilizan valores similares para la generación y trasmisión de energía eléctrica, este tipo de corriente facilita una tensión de 220/230 voltios, lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayoría de electrodomésticos y luminarias que hay en las viviendas. Desde el centro de transformación más cercano hasta las viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensión entre dos fases cualesquiera (tensión de línea) es de 380 voltios, entre una fase y el neutro es de 220 voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de las fases, conectándose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro; esto se llama corriente monofásica. Si en una vivienda hay instalados aparatos de potencia eléctrica alta (aire acondicionado, motores, etc., o si es un taller o una empresa industrial) habitualmente se les suministra directamente corriente trifásica que ofrece una tensión de 380 voltios. Voltaje en un sistema de corriente monofasico.
Concepto de trifasico:
En ingeniería eléctrica un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 120°, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y están desfasados simétricamente. Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es un desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas. El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica. Los generadores utilizados en centrales eléctricas son trifásicos, dado que la conexión a la red eléctrica debe ser trifásica (salvo para centrales de poca potencia). La trifásica se usa mucho en industrias, donde las máquinas funcionan con motores para esta tensión. Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, enrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes entre sí. El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto, denominado neutro, donde la suma de las tres corrientes, si el sistema está equilibrado, es cero, con lo cual el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. Esta disposición sería la denominada conexión en estrella, existiendo también la conexión en triángulo o delta en las que las bobinas se acoplan según esta figura geométrica y los hilos de línea parten de los vértices. Existen por tanto cuatro posibles interconexiones entre generador y carga: 1. 2. 3. 4.
Estrella - Estrella Estrella - Delta Delta - Estrella Delta - Delta
En los circuitos tipo estrella, las corrientes de fase y las corrientes de línea son iguales y, cuando el sistema está equilibrado,las tensiones de línea son tenisones de fase y están adelantadas 30° a estos:
veces mayor que las
En los circuitos tipo triángulo o delta, pasa lo contrario, las tensiones de fase y de línea, son iguales y, cuando el sistema está equilibrado, la corriente de fase es pequeña que la corriente de línea y está adelantada 30° a esta:
veces más
El sistema trifásico es un tipo particular dentro de los sistemas polifásicos de generación eléctrica, aunque con mucho el más utilizado Voltajes de las fases de un sistema trifasico, entre cada una de las fases hay un desfase de 120 grados.
Notas: - Todos los valores de voltajes y corrientes utilizados en esta página están dados por valores efectivos (RMS). - Los valores que tienen una línea encima como son fasores. Datos importantes - Ya que en un circuito trifásico balanceado las tres fases tienen voltajes con la misma magnitud pero desfasados, y las tres líneas de transmisión, así como las tres cargas son idénticas, lo que ocurre en una fase del circuito ocurre exactamente igual en las otras dos fases pero con un ángulo desfasado. Gracias a esto, si conocemos la secuencia de fase del circuito, para resolverlo (encontrar sus voltajes y corrientes) basta con encontrar el voltaje de una sola fase y después encontrar las de las otras fases a partir de esta. - La suma de los voltajes de un sistema trifásico balanceado es cero.
Va + Vb + Vc = 0 A continuación tenemos el diagrama de un circuito trifásico tomando en cuenta sus partes más importanes:
En la siguiente figura se han remplazado los inductores y las resistencias por cajas representando las impedancias para simplificar el esquema:
Conexiones posibles entre el generador y las cargas. Tanto la fuente como las cargas pueden estar conectadas en Y o en delta por lo que existen 4 configuraciones posibles:
Para poder resolver circuitos trifásicos basta con entender primero cómo resolver un circuito Y – Y ya que cualquier otra configuración se puede reducir a un circuito Y-Y utilizando transformaciones -Y.
Corrientes de línea Las fórmulas para obtener las tres corrientes de línea son:
Donde:
Sin embargo, en un circuito trifásico balanceado en donde sabemos la secuencia de fase basta con calcular una de las corrientes de línea para obtener las otras dos ya que las demás tienen la misma amplitud pero están desfasadas en el tiempo por 120°.
Circuito equivalente monofásico Ya que los voltajes de las tres fases del circuito son iguales en amplitud pero desfasados en el tiempo y también las tres corrientes del circuito son iguales en amplitud pero desfasadas en el tiempo 120° en un circuito trifásico balanceado únicamente
necesitamos obtener los datos de una sola fase (preferentemente la fase a que es la que comúnmente se toma como referencia) para así poder calcular los datos de las demás fases a partir de esta. Como se explicó en el gráfico de partes de un circuito trifásico, la línea neutra no transporta ninguna corriente y tampoco tiene ningún voltaje por lo que se puede quitar del circuito Y-Y o se puede remplazar por un corto circuito. Utilizando esta propiedad podemos obtener a partir de un circuito trifásico un circuito equivalente monofásico (una sola fase) que nos simplifica nuestro análisis.
Relación de voltajes de línea a línea y de línea a neutro Es importante conocer la manera de obtener un voltaje de línea a línea a partir de los voltajes de línea a neutro y viceversa. Ya se había explicado anteriormente en la animación sobre las partes de los circuitos trifásicos cuales eran los voltajes de línea a línea y cuales los de línea a neutro, a continuación se muestran de nuevo por separado los voltajes del lado de la carga y los del lado de la fuente.
Las fórmulas para obtener voltajes de línea a línea del lado de la carga a partir de voltajes de línea a neutro del lado de la carga en un circuito trifásico con una secuencia positiva son:
en donde es la magnitud del voltaje de línea a neutro del lado de la carga, los voltajes son los fasores de voltaje de línea a línea del lado de la carga y es el fasor de voltaje de línea a neutro del lado de la carga. Las fórmulas para relacionar los voltajes de línea a línea con los de línea a neutro del lado de la fuente son las mismas pero substituyendo cada voltaje de línea a línea de la carga por cada voltaje de línea a línea de la fuente y los voltajes de línea a neutro de la carga por los voltajes de línea a neutro de la fuente.
Transformaciones delta – Y Normalmente es mejor tener el circuito en forma de Y-Y ya que de esta manera se tiene una línea neutra conectando los dos neutros n y N y por lo tanto se puede obtener un equivalente monofásico.
En situaciones en donde se tiene un circuito con la fuente, la carga o ambas en forma de delta se pueden utilizar transformaciones de delta a Y para que quede en forma de Y-Y. Si el circuito trifásico tiene la carga balanceada, es decir, todas las impedancias de la carga son exactamente iguales, entonces podemos obtener la impedancia equivalente para cada una de las ramas de la Y con la fórmula:
en donde Zy es una de las tres impedancias de la carga en forma de Y. Como la carga está balanceada entonces todas las impedancias de la carga valen lo mismo.
Relación entre las corrientes de línea y las corrientes de fase en un circuito en forma de delta En las siguientes imágenes se muestra cuales son las corrientes de línea y las corrientes de fase para una carga en forma de delta:
Es de mucha utilidad el poder obtener las corrientes de fase a partir de las corrientes de línea y viceversa en problemas que involucren cargas o fuentes en forma de delta. La razón es que cuando en un circuito trifásico tenemos una carga en forma de delta no podemos obtener un circuito monofásico equivalente ya que no hay línea neutra. Como un circuito monofásico es más fácil de resolver que uno trifásico lo mejor en este caso es transformar la delta utilizando transformaciones delta-Y a una Y, posteriormente ya que se tiene la carga y la fuente en forma de Y se puede obtener el circuito equivalente monofásico como se explicó anteriormente y así obtener la corriente de línea. Una vez que obtenemos esta corriente de línea es posible saber en base a esta cuánto vale la corriente en cada una de las ramas de la delta y por lo tanto se da respuesta al problema inicial. Observando las figuras podemos notar lo siguiente: - La corriente en cada brazo de la delta es la corriente de fase - El voltaje en cada brazo de la delta es el voltaje de fase. - El voltaje de fase es igual al voltaje de línea. En un circuito trifásico con secuencia de fase positiva en donde es la magnitud de la corriente de fase y la corriente de fase AB es la corriente de referencia, las fórmulas para obtener las corrientes de línea a partir de las corrientes de fase son:
Sus usos y funcionamiento: La corriente Monofasica es usada generalmente en uso domestico (electrodoméstico, iluminación etc.) en el que la electricidad "viaja" por un sólo conductor o cable hasta el punto de alimentación (enchufe). Es de uso generalmente doméstico porque esa línea o fase nos da un ancho de voltaje muy poderoso, de 230v ± 10%. La corriente trifasica es usada por ejemplo para la alimentación de una planta de producción textil, por ejemplo, usarían un sistema trifásico, que constaría de tres cables conductores de la electricidad, siempre que ésta fuera de misma amplitud y frecuencia en los tres cables, pero con un desfase (y de ahí viene la palabra), entre cada una de 120 grados que permitiría circular organizadamente a la energía. 120 grados entre cada uno de 3 polos magnéticos equidistantes entre ellos, que serían la fuente de energía. Monofasico: 3 cables 1. Fase (cable negro o marrón), proporciona la electricidad 2. Neutro o retorno (cable azul) es el responsable de que la corriente de un aparato conectado no derive en nosotros, sino que vuelva por donde vino, cerrando un circuito. 3. Físico o tierra (cable listado de dos colores, verde/amarillo), es la misma protección que el neutro, apoyando a éste a absorber la energía en su retorno. Las instalaciones sin sistema de tierra (pues no es de extrañar que en casa, si es antigua, sólo encuentres 2 cables detrás del enchufe), están menos protegidas que las que lo usan, pues no es otra cosa que una puerta trasera al escape de electricidad que siempre busca camino. Se dice tierra porque está conectada a una malla o jabalina de cobre enterrada en el suelo, que absorbe la energía. Tifasico: 5 cables 1. Fase 1 (negro) 2. Fase 2 (marrón) 3. Fase 3 (gris) 4. Neutro (azul) 5. Tierra (bicolor verde/amarillo) En un sistema trifásico se hace más importante tener una buena tierra, pues si los polos
del generador no están bien balanceados, la diferencia de potencial entre las fases tienen que ser derivadas para la buena operación de retorno del neutro. También hay un sistema bifásico, de dos polos perpendiculares entre sí, con cuatro cables (negro,marrón,azul,bicolor).
