Fuente y circuito polifásico
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Fuentes y circuitos polifásicos. En dependencia de la cantidad de fases que posean, tanto las fuentes de energía eléctrica como las cargas a ellas conectadas se consideran monofásicas o polifásicas.
Sumario
Generadores trifásicos
La Fig. 1 es un boceto de un generador de corriente alterna (a.c. son las siglas de las palabras alter current en inglés) con tres bobinados en el estator. Para mejor comprensión, cada bobinado se representa por dos conductores ubicados en hendiduras opuestas del estator. En el extremo trasero del estator estos conductores se conectan entre si (su conexión se muestra por las líneas punteadas). En el extremo delantero del estator se muestran los terminales A-X, B-Y, C-Z, los cuales se conectan al circuito externo.
Las fem inducidas en los bobinados alcanzan su máximo valor cuando el eje de los polos del rotor corta los conductores del estator. Para bobinados diferentes esto ocurre en momentos diferentes de tiempo. Ésta es la razón por la que las fem inducidas no están en fase.
Generadores polifásicos y fuentes polifásicas.
Los generadores con varios bobinados en los que las fem inducidas son de la misma frecuencia pero desplazadas en fase, se llaman generadores polifásicos. Por tanto, cualquier fuente de energía eléctrica que tenga varios polos (o terminales) entre los cuales los voltajes sean de una frecuencia definida pero desplazados en fase entre si, se denominan fuentes polifásicas. Un grupo de circuitos eléctricos que contengan fuentes polifásicas se llama sistema polifásico de circuitos eléctricos.
Fases.
Las partes individuales de semejante sistema se llaman fases. Por ejemplo, los bobinados individuales de un generador son llamados bobinados de fase o simplemente fases. Así, la palabra "fase" tiene dos significados en la ingeniería eléctrica. Uno se aplica a una fase de un proceso periódico, y el otro a una porción de un sistema polifásico de circuitos eléctricos. Las fuentes y los circuitos polifásicos pueden ser de dos, tres, cuatro y más fases. Por tanto, al generador de la Fig.1, que tiene tres bobinados, se le llama generador trifásico.
Origen y características de los sistemas polifásicos.
Por primera vez los sistemas polifásicos de generadores y circuitos se utilizaron por Yablochkov en Rusia para alimentar las "velas eléctricas" que él había inventado. En su invención, se conectaron bobinados de generadores polifásicos a líneas eléctricamente separadas que alimentaban grupos individuales de "velas". Tales sistemas polifásicos de circuitos son conocidos como sistemas polifásicos no interconectados.
En la actualidad, tienen preferencia los sistemas polifásicos en que los circuitos se conectan eléctricamente entre si. Tales sistemas se llaman circuitos con sistemas polifásicos interconectados. Esto será abordado en otro artículo titulado "Interconexión de fases". Los sistemas polifásicos de circuitos interconectados son ramificados pero se integran en circuitos de múltiples mallas razón por la cual se les llama circuitos polifásicos o simplemente redes.
Para la generación y la distribución se usan casi exclusivamente los circuitos trifásicos debido a las ventajas económicas y técnicas que ellos ofrecen. Los rectificadores usan seis e incluso doce fases. Para el control automático y el telemando se utilizan circuitos de dos fases.
Los extremos de los bobinados de fase de los generadores normalmente se llaman "principios" y "finales". A los principios de los bobinados en un generador trifásico se le etiqueta con las letras A, B y C, y a sus finales con las letras X, Y y Z. En el marcado de los devanados las consideraciones siguientes se tienen en cuenta: para una determinada dirección positiva de referencia de las fem en los bobinados (de los finales a los principios o viceversa), las fem deben desplazarse simétricamente entre si en el tiempo. La única excepción en este respeto es el generador bifásico.
Como un ejemplo, considere el marcado de los bobinados en un generador trifásico. Véase que la fases marcadas en el Fig. 1 presentan la condición arriba declarada, a saber: que las fem en las fases A, B y C están simétricamente separados por un tercio de un ciclo, tomando como dirección positiva de referencia para las fem de las fases de los finales a los principios de los bobinados.
En el instante de tiempo correspondiente a la posición del rotor mostrada en la Fig. 1, la fem en la fase A es máxima y su dirección es asumida como positiva. La fem en la fase B alcanzará el máximo positivo después, cuando el rotor se haya movido un tercio de una revolución.
Mientras que una revolución completa del rotor en un generador bipolar corresponde a un ciclo completo de cambios en las fem de cualquier fase; un tercio de una revolución corresponde a un tercio de un ciclo. De acuerdo a esto, la fem en la fase B está retrasándose con respecto a la fem en la fase A en un tercio de un ciclo.
Aplicando el mismo razonamiento, se puede mostrar que la fem en la fase C está retrasándose también con respecto a la fem en la fase B en un tercio de un ciclo.
Secuencia de fase.
La Fig. 2 muestra el diagrama vectorial y el ploteo de valores instantáneos de las fem en un generador trifásico; mientras que en la Fig. 3 se muestran los diagramas vectoriales de un sistema simétrico de seis fases (a) y de uno de dos fases (b).
El orden en que las fem de la fase de un generador pasan por el mismo valor, dígase un máximo positivo, se llama secuencia de fases. Con el rotor del generador girando como se muestra en la Fig. 1, la secuencia de las fases es ABC. Si se invierte el sentido de rotación del generador, la secuencia de fases también se invertirá. Los rotores de los generadores, sin embargo, siempre giran en la misma dirección, para que la secuencia de las fases siempre permanezca constante y pueda marcarse adecuadamente.
El marcado de la secuencia de fases de un generador se relaciona con las marcas de las fases, utilizando las mismas letras. El orden ABC, que se toma como el normal, se denomina secuencia de fases positiva.
Un sistema de fem en un generador trifásico, como el abordado aquí, se denomina sistema trifásico de fem. Los sistemas de fem (o de corrientes, o de voltajes) en los circuitos polifásicos se llaman sistemas polifásicos de fem (o de corrientes o de voltajes). Tales sistemas se llaman simétricos si todos las fem (o corrientes, o voltajes) son iguales en magnitud, y están separadas en el tiempo de fase por el mismo ángulo; el cual es igual a 2 n/m, dónde m es el número de fases.
Como un ejemplo, véase la Fig. 3a la cual muestra el diagrama vectorial de un sistema simétrico de fem de seis fases. Los generadores bifásicos son fabricados de tal manera que la fem en un devanado está desplazada con respecto a la otra en un cuarto de ciclo. El diagrama vectorial de un sistema bifásico se muestra en la Fig. 3b. Este es un sistema asimétrico.
Véase también
Fuentes
- Ayllón Fandiño, E. (1987). Fundamentos de la teoría de los circuitos eléctricos II. La Habana: Pueblo y Educación.
- Bessonov, L. A. (1984). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú: Vysshaia shcola.
- Evdokimov, F. E. (1981). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú: Vysshaia shcola.
- Kasatkin, A. S., Nemtsov, M. V. (1983). Electrotejnika. Moscú: Energoatomizdat.
- Kerchner, R. M., Corcoran, G .F. (1975). Circuitos de corriente alterna. La Habana: Pueblo y educación.
- Zeveke, G. V. (1979). Analysis and synthesis of electric circuits. Moscú: Mir.
