SECUENCIA DE FASE DE UN SISTEMA TRIFÁSICO 1.-RESUMEN: En este laboratorio buscamos entender como determinar el orden de la sucesión de las tensiones de línea de un sistema tr ifásico, para ello hacemos uso de ciertos instrumentos y equipos indicados por la guía de práctica. Dentro de los equipos tenemos: una fuente trifásica (220V/12), dos condensadores de 10 y 29 µF, dos resistencias de 1kΩ y 02 resistencias resistencias de 330Ω, y dos lámparas incandescentes. Además un instrumento instrumento como el voltímetro. voltímetro. Con estos equipos tomamos datos experimentales y de acuerdo a las relaciones matemáticas, calculamos los valores que se nos indica en la guía de práctica para luego analizarlos y obtener conclusiones.
2.- OBJETIVOS:
Determinar el orden de sucesión de las tensiones de línea de un sistema trifásico.
3.-FUNDAMENTO TEORICO
Sistema trifásico: En ingeniería 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 igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor consiguiente, valor eficaz) 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. de fase.
DIFERENCIAS ENTRE SISTEMAS MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS: Algunas de las diferencias, entre usar una fase, o las tres, en una instalación, ya la conocemos, pero profundizando el análisis, también podemos ver que, la principal razón, no es solo la económica, sino hay varias también importante. La principal aplicación para los circuitos trifásicos se encuentra en la distribución de la energía eléctrica por parte de la compañía de luz a la población, ya que está demostrado, en forma TECNICA, científica, y práctica, que la mejor manera de producir, transmitir y consumir energía eléctrica era usando circuitos trifásicos. Algunas de las razones por las que la energía trifásica es superior a la monofásica son: La potencia en KVA (Kilo Volts Ampere) de un motor trifásico es aproximadamente 150% mayor que la de un motor monofásico. En un sistema trifásico balanceado los conductores necesitan ser el 75% del tamaño que necesitarían para un sistema monofásico con la misma potencia en VA. Por lo que
esto ayuda a disminuir los costos y por lo tanto a justificar el tercer cable
requerido.
La potencia proporcionada por un sistema monofásico cae tres veces por ciclo. La potencia proporcionada por un sistema trifásico nunca cae a cero por lo
que la
potencia enviada a la carga es siempre la misma. Si rotamos un campo magnético a través de una bobina entonces se produce un voltaje monofásico como se ve a continuación:
En cambio, si colocamos tres bobinas separadas por ángulos de 120° se estarán produciendo tres voltajes con una diferencia de fase de 120° cada uno. Teniendo en cuenta que este sistema trifásico está conformado por tres sistemas monofásicos; se tiene que tener en cuenta la polaridad de cada sistema ya que la corriente buscara el camino. Los motores trifásicos conectados en una secuencia en sus tres polos, giran en un sentido. Si se le invierte dos de ellos, cambia el sentido de giro.la naturaleza de este fenómeno es lo que nos interesa es por ello que el instrumento nos indicará esa secuencia de giro ya que algunos equipos podrían averiarse si se conectan en sentido inverso de rotación.
ANALISIS DE SECUENCIA DE FASES:
Porque tres fases es el número óptimo, con menos frecuencia se producen asimetrías, y con más fases las ventajas no crecen linealmente con el número de fases, la complejidad del sistema se hace mayor. ¿Qué es la secuencia? Se denomina secuencia en los sistemas polifásicos, al orden en que se suceden las fases al girar.
Si recordamos que, una de las propiedades de los sistemas trifásicos, es la posibilidad de generar campos magnéticos giratorios, a partir de bobinas fijas en el espacio, el sentido de giro del campo magnético dependerá de la secuencia de tensiones aplicada. Los campos magnéticos giratorios
nos permiten construir motores y generadores
trifásicos. Es importante saber con qué secuencia relativa estamos trabajando porque ella define el sentido de giro de los motores trifásicos
Secuencia de fase positiva Por convención se toma siempre como voltaje de referencia al voltaje de fase a. Cuando el voltaje de fase b está retrasado del voltaje de fase a 120° y el voltaje de fase c está adelantado al de fase a por 120° se dice que la secuencia de fase es positiva. En esta secuencia de fase los voltajes alcanzan su valor pico en la secuencia a-b-c. Los voltajes de a, b y c representados con fusores son los siguientes:
En donde Vm es la magnitud del voltaje de la fase a.
Secuencia de fase negativa En la fase de secuencia negativa el voltaje de la fase b esta adelantado 120º al de la fase a y el voltaje de la fase c atarazado 120º al de la fase a. Generación de un sistema trifásico equilibrado de tensiones
IMPORTANCIA DEL CONOCIMIENO DE LA SECUENCIA DE FASES:
Es necesario reconocer la secuencia de fases que nos arroja la red, más que todo en las industrias ya que estas utilizan instrumentos que se conectan a redes trifásicos. Claro ejemplo son los motores de grandes potencias La secuencia de fases determina el sentido de rotación del eje de un motor. Una incorrecta secuencia de fases hace que en el momento en que se conecta el equipo se produzca un sentido de rotación incorrecto. La inversión de la secuencia de fases durante el funcionamiento de la máquina causaría, también el cambio del sentido de giro del motor. En ambos casos, puede provocar problemas de seguridad importantes y provocar daños irreparables en la conexión al motor, en la instalación y/ó personas. La detección a tiempo de los errores de secuencia de fases es por lo tanto muy importante en el caso de maquinarias que incluyan elementos portátiles y rotacionales, bombas y usillos, además de cargas portátiles, por ejemplo, en la construcción de maquinaria Por ejemplo: En una línea de producción se desea que la línea transportadora de un producto pueda girar en ambas direcciones; dicha banda solo gira en un solo sentido y está gobernada por un motor trifásico. El motor cuenta con un interruptor termo magnético el cual se habré cuando circula una corriente más grande para la cual fue diseñada. De esta manera el interruptor funciona como un sistema de seguridad sin embargo responde de manera lenta por lo cual es posible que el motor se dañe antes que el interruptor termo magnético se habrá. Es por eso que también se necesita de un circuito de seguridad para que el motor se desactive cuando exista una falla en la alimentación o una de fases presente avería.
SISTEMA DE SEGURIDAD
Debe observar las regulaciones habituales de seguridad con el propósito de: Protegerse de la corriente eléctrica peligrosa. Proteger al instrumento para evitar su funcionamiento incorrecto. •Solamente las conexiones suministradas con el instrumento garantizan el cumplimiento de las normas de seguridad. Deben estar en buenas condiciones y, en caso de ser necesario cambiarlas, se las debe reemplazar por conexiones idénticas. • No lo pruebe ni conecte con ningún circuito cuya tensión exceda la protección especificada para los casos de sobrecargas. • No realice ninguna medición bajo condiciones ambientales que excedan los límites especificados. SECUENCIMETRO:
Es un instrumento que nos indica el giro de la corriente trifásica. También se le conoce como fasímetro. Los motores trifásicos conectados en una secuencia en sus tres polos, giran en un sentido. Si se le invierte dos de ellos, cambia el sentido de giro. Este instrumento nos indicará esa secuencia de giro ya que algunos equipos podrían averiarse si se conectan en sentido inverso de rotación. Es un instrumento o dispositivo que ayuda a identificar la secuencia de fases en sistemas trifásicos, este dispositivo no especifica que conductor pertenezca a una fase determinada o sea no te dice quién es R, S o T .Solo te indica la secuencia en función de la conexión que hayas realizado de este. La identificación de las fases realmente es una denominación a los terminales de salida de un generador de corriente alterna obedeciendo a una secuencia estandarizada que es R-S-T. Es de estos bornes que a lo largo del conexionado se lleva
la
identificación
de
los
cables
de
las
redes
eléctricas.
Fasímetro es un instrumento encargado de indicar el coseno del ángulo de desfase entre la corriente y la tensión en el sistema medido por este. Y los valores varían de 0a 1 en capacitivo y de 0 a 1 en inductivo. Que yo sepa no hay secuencimetros en media tensión, generalmente las medidas se realizan en baja tensión o en los transformadores de medida.
Secuencimetros con Capacitor y Lámparas: En el mercado existen multitud de modelos como el de la figura, modernos equipos electrónicos. Dispone de 3 conductores que se conectarán a cada una de las fases, mediante dos pilotos luminosos nos indicará una de las dos posibles secuencias, U-V-W o bien U-W-V. También puede indicar giro a derechas o a izquierdas. Nosotros construiremos una alternativa económica a estos medidores que nos darán la misma información. Conectaremos formando una estrella, un condensador y dos lámparas incandescentes iguales. 4.- INSTRUMENTOS Y MATERIALES
Condensador
banco trifásico
5.- DATOS EXPERIMENTALES R(Ω) 1000
C(µF) 259 25 259 25 259 4.5
330
VR1 (V) 24 25 24 26 25 8
6.- CALCULOS:
Para R=1000Ω tenemos C=259µF
) √ ) ) )
VOS= V*
VOS = 41.9297 De la manera análoga: VOT = 42.9088 Como: Entonces:
|| ||
Para R=1000Ω y C=25µF: VOS =46.3098V VOT= 35.4489V
Como: Por tanto:
|| ||
Para R=330Ω y C=259µF: VOS = 42.6094 V VOT= 42.0619V
Como: Por tanto:
|| ||
VR2 (V) 25 23 25 18 18 4.1
Para R=330Ω y C=25µF: VOS = 48.806 V VOT= 19.3852V
Como:
Por tanto:
|| ||
7.- TRANSFERENCIA 1. ¿Qué otros métodos existen para la determinación de la secuencia de fase de un sistema trifásico? Entre las formas para conocer la secuencia de fase de un sistema trifásico tenemos: Método de los dos Vatímetros: En este método se utiliza un sistema equilibrado de cargas, inductivo o capacitivo. En función de la comparación de las lecturas de ambos se determina la secuencia. Por ejemplo, si conectamos una carga inductiva equilibrada, la lectura del vatímetro de menor indicación corresponderá al vatímetro P12 y por lo tanto determinante de la secuencia de fase 1 para la amperómetrica, fase 2 para la voltimétrica y finalmente la restante la fase 3.
Osciloscopio: Una de las aplicaciones vistas en el osciloscopio de doble trazo es la determinación de la secuencia de fases, siguiendo el esquema siguiente:
Secuencimetro: Es
una aparato que nos indica la secuencia de fases a partir de la indicación del sentido de rotación de un disco, en la figura 2, se muestra uno en que la indicación de las fases viene dado por la dirección de la flecha grabada en un disco rotante. Básicamente es un pequeño motor asincrónico, cuya rotación dependerá del orden de sucesión en el tiempo de las fases que alimentan las bobinas estatóricas.
Método de las dos Lámparas: es una forma sencilla de reemplazar al método de los vatímetros o instrumentos anteriores. Se trata de conectar como carga trifásica a dos lámparas incandescentes de igual potencia y un capacitor cuya Xc sea aproximadamente igual a la resistencia R de lámpara. Por ejemplo, si las lámparas tienen una potencia de 100W, la reactancia capacitiva será de 484Ω con una capacidad de 6.6μF. En la Figura 3 se muestra la configuración del circuito en el programa Pspice, en donde para un mejor análisis, hemos supuesto al valor de C , como un parámetro variable desde 0 hasta 50μF (Figura 4) y un barrido en corriente alterna (AC Sweep) para un solo punto de frecuencia, estos es para 50Hz (Figura 5). La intención de hacer variable C es observar como varían las tensiones en cada una de las cargas junto a la tensión de desequilibrio U 0’0.
2. Mencionar algunas aplicaciones donde es importante conocer la secuencia de fase de un sistema trifásico.
Entre las posibles aplicaciones que podemos darle tenemos: A la hora de conectar un motor trifásico si queremos que nos gire en un determinado sentido, necesitaremos conocer la secuencia de fases previamente. Es muy fácil cambiar el sentido de giro del mismo, intercambiando dos de sus fases de alimentación. Pero a veces nos encontraremos con máquinas que no nos permitirán la prueba del sentido de giro, pudiendo estropearse si giran en sentido contrario al diseñado, por poco tiempo que giren, como ocurre con los equipos frigoríficos, el compresor podría dañarse. Averiguaremos la secuencia y conectaremos la máquina adecuadamente. Si en una nave tenemos instaladas varias tomas trifásicas para equipos portátiles, puede que la secuencia de fases no sea igual en todas ellas, no funcionando adecuadamente los equipos. Si respetamos adecuadamente la secuencia de fases en todas las tomas de corriente, los equipos funcionarán siempre igual independientemente de donde se conecten.
