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• Puchi Román

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[INTRODUCCIÓN A SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA]

FRECUENCIA INDUSTRIAL, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE 50 HZ Y 60 HZ La tensión secundaria, baja tensión, que se utiliza en distribución, usada en nuestro ambiente es 220 - 380 V, 220 V fase neutro, 380 V trifásico (entre líneas) recordemos que nuestra frecuencia es 50 Hz. Esta tensión era la normal en Europa continental, mientras que en Gran Bretaña la tensión normal era 240 - 420 V, hace ya algunos años en un esfuerzo de unificación se normalizo a nivel europeo 230 - 400 V. En el pasado también se distribuyó energía con un sistema en triángulo220 V con una fase a tierra. En los países de 60 Hz, frecuentemente la distribución (para iluminación y cargas pequeñas) es monofásica 2 * 120 V, 2 * 240 V, la distribución de fuerza motriz es 3 * 240 V, o 3 * 480 V y también se encuentran otras combinaciones. Para poder distribuir energía monofásica y trifásica en estos últimos sistemas una de las ramas del triángulo 3 * 480 V tiene punto medio (neutro), con lo que se tiene una distribución con 4 hilos, pero contenciones compuestas el doble de la tensión simple (fase neutro),mientras que en los sistemas Y la tensión compuesta es raíz(3) veces la simple. La práctica actual de diseño. La red de baja tensión se construye con distintas técnicas, difundidas en distintas áreas del mundo (digamos en distintas zonas de influencia tecnológica).Podemos hablar de una técnica Americana (característica de los 60 Hz) con distribución en media tensión (5 a 10 kV) con muchos transformadores chicos (5 a 50 kVA), y con líneas de baja tensión de radio de acción muy corto. Esta red es naturalmente económica con cargas dispersas, baja densidad, y permite realizar la distribución con transformadores monofásicos y solo trifásicos donde indispensables. O una técnica Europea (característica de los 50 Hz) con distribución en media tensión de mayor valor (10 a 20 kV) con transformadores de mayor potencia (100 a 500 kVA) líneas de baja tensión con radio de acción grande. Esta solución es buena con altas densidades de carga, y en ella se usan casi exclusivamente transformadores trifásicos. Con bajas densidades de carga la red de baja tensión es radial pura, cada línea alcanza pocos usuarios Con mayores densidades, toma apariencia de red mallada, pensamos en líneas principales y derivadas, que llegan desde el punto de inyección de potencia (el transformador) a todos los usuarios. Esta red tiene notable relación con la geografía del área servida, si se trata de manzanas cuadradas, observamos que las líneas recorren las calles, que se cruzan y se unen en las esquina.

1. ¿CUALES SON LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE 50 y 60 HZ EN EL SISTEMA ELECTRICO?

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La frecuencia de la red se eligió a finales del siglo XIX, cuando se implantó la distribución de corriente alterna trifásica, de acuerdo con las características de los materiales magnéticos de entonces, que mejoraron mucho posteriormente. Baste para ello considerar, que en los aviones se utiliza una frecuencia de 400 Hz. Todo hace pensar que la frecuencia que se elegiría en la actualidad, sería sustancialmente más elevada, con lo que se ganaría en volumen, peso y coste de los aparatos electromagnéticos. En la actualidad en que la Electrónica ha inundado todos los aspectos de la Electricidad, se vuelve a considerar el empleo de la corriente continua, al contrario de la resolución de la célebre polémica entre Edison y Tesla abogando éste último por la alterna y ganándola, gracias a la facilidad de la corriente alterna de cambiar los parámetros de tensión y corriente, que hizo posible la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias. No es que se piense en llevar a los puntos de consumo corriente continua, no, lo que se considera y se lleva ya a cabo en algunos sitios, es la transmisión a distancia de corriente continua, gracias a los rectificadores y convertidores capaces de manejar altas tensiones y potencias, con elevados rendimientos. Con el empleo de corriente continua se evitarían una parte de las pérdidas de transmisión, y sobre todo la pesadilla del Factor de Potencia. Por el contrario la corriente alterna trifásica sigue siendo imprescindible para accionar los motores de inducción trifásicos, que son los más sencillos robustos Y baratos. Lo que parece que se va implantar en un futuro de forma general, será generación de corriente alterna, rectificación de alta tensión, transporte en continua, y ondulación trifásica de baja tensión.

2. LA CORRIETE DE 50 Y 60 HZ: Los aparatos que simplemente calientan algo, hornillos, planchas e incluso las bombillas funcionan igual. No obstante los aparatos que incluyen transformadores eléctricos diseñados para 50 Hz funcionan perfectamente a una frecuencia superior. Es más trabajarán más descansados. Por el contrario, al revés los diseñados para 60 Hz conectados a 50 Hz se

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recalentarán y acabarán por quemarse. Esto incluye también aparatos que llevan motores asincrónicos que aparte de que verán variada su velocidad m porque depende de la frecuencia, se recalentaran y posiblemente se quemarán con el paso de 60 a 50, como por ejemplo un refrigerador, pero no al revés. En la actualidad existen muchos aparatos que admiten ambas frecuencias y lo que es más difícil de conseguir un margen amplio de tensiones que abara desde menos de 110 Voltios a más de 220 V. Se llaman Universales y equipan aparatos de relativo bajo consumo; Orednadores portátiles, sintonizadores de TDT, reproductores de DVD, cargadores para teléfonos móviles, etc. o La corriente normal tiene una frecuencia de 50 o 60Hz. 50 HZ = 50 ciclos por segundo. Alta frecuencia, en nuestro caso, tiene un máximo de 440 Hz = 440 ciclos por segundo. Alta frecuencia, usada por algunos de nuestros competidores 1000 Hz = 1000 ciclos por segundo. En el grafico superior se representa el voltaje en un eje y el tiempo en el otro. Si hay 50 ondas por segundo, la frecuencia es de 50 Hz. Si hay 440 ondas por segundo, la frecuencia es de 440 Hz. Si hay1000 ondas por segundo, la frecuencia es de 1000 Hz. Debajo mostramos una representación visual de una corriente alterna trifásica.

3. ¿POR QUE USAR UNA MAYOR FRECUENCIA DE 50 HZ? La razón por la que queremos usar una mayor frecuencia que los 50 Hz es porque queremos que los motores giren a mayor velocidad que los motores estándar. Mayor Frecuencia (Hz) = Mayor Velocidad (rpm) = Mayor Potencia (kW) Un motor eléctrico asincrónico trifásico de un determinado tamaño puede producir una mayor potencia de salida si su velocidad de rotación se aumenta. Para conseguir que el motor gire más rápidamente, el campo magnético debe también girar más rápidamente y esto se consigue incrementando la frecuencia de la corriente. La mayoría de los motores asincrónicos trifásicos se parecen en el interior de su carcasa. Aquí debajo mostramos la imagen de un estator y un rotor de alta frecuencia. En la foto pueden apreciar que la parte final del rotor es de cobre. Este tipo de rotor es de fabricación manual y se llama“ copper squirrel cage type rotor”. Este tipo de rotor es un 30 – 35% más eficiente que los convencionales.

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Un motor eléctrico puede producir un cierto par de potencia a una velocidad y esto depende principalmente del número de polos del motor y de la frecuencia con la que gira. En nuestro caso usamos un motor de 4-polos. Si el par de un motor se mantiene constante, la potencia se verá incrementada proporcionalmente al incremento de la frecuencia. Si doblamos la frecuencia, la velocidad del motor se verá aumentada al doble y con un par constante, la potencia se verá incrementada al doble. La potencia es proporcional a la velocidad: P=Mxn 9550 P = potencia en kW M = Par en Nm n = velocidad de rotación en revoluciones por minuto. 9550 = constante Ejemplo para un sistema de 50 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotación del motor es n = 1.450 rpm: P = 11 Nm x 1450 rpm = 1.67 kW 9550 Ejemplo para un sistema de 440 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotación del motor es n = 13.000 rpm: P = 11 Nm x 13000 rpm = 15 kW 9550 Ejemplo para un sistema de 1000 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotación del motor es n = 29.000 rpm: P = 11 Nm x 29000 rpm = 33.4 kW 9550