SISTEMA TRIFÁSICO
Los sistemas o instalaciones monofásicas utilizan 2 conductores eléctricos
para su distribución y consumo, los sistemas trifásicos utilizan 3 o 4 conductores.
Los sistemas trifásico son los mayoritariamente utilizados tanto en la generación de energía, como en el transporte, distribución y en las instalaciones industriales y de vivienda.
La ventaja del sistema de 3 fases y el neutro es que tenemos 2 tensiones diferentes, una tensión entre fases, llamada "Tensión de Línea" y otra más pequeña entre cualquiera de las 3 fases y el neutro llamada "tensión de fase o simple".
La relación entre la tensión de línea y de fase es de raíz de 3.
VLínea/Vfase = √3
Por ejemplo 400/230 = √3
En la práctica, no existen alternadores monofásicos para la producción de grandes cantidades de energía.
Las centrales eléctricas se valen de alternadores trifásicos para la generación de la electricidad que posteriormente se consume tanto en la industria como a nivel doméstico.
Por este motivo, las líneas monofásicas que se utilizan se obtienen a partir de un sistema trifásico, como luego veremos.
Por ejemplo, el sistema monofásico que tenemos en las viviendas procede de un sistema trifásico utilizando solo una fase y el neutro, lo que nos permite conectar receptores monofásicos en una línea trifásica, por lo que es el sistema mayoritariamente utilizado tanto en la industria como en las viviendas.
Los sistemas trifásicos consiguen transportar la energía eléctrica con un ahorro considerable en la sección de los conductores, y por consiguiente en ahorro en dinero, por lo que también se utilizan para el transporte y la distribución de la energía eléctrica.
Otra ventaja es que las máquinas eléctricas trifásicas, ya sean alternadores, transformadores y/o motores eléctricos poseen un mayor rendimiento y, por lo general, son mucho más sencillas y económicas que los monofásicos.
Por ejemplo, el motor trifásico posee unas características mucho mejores que el motor monofásico, como: par de arranque muchísimo más fuerte, mejor rendimiento y mejor factor de potencia.
Todas estas ventajas hacen que en la actualidad toda la energía eléctrica se produzca, transporte, distribuya y consuma en forma de corriente alterna trifásica.
Generación de las tensiones y corriente trifásicas
El generador que produce la corriente trifásica se llama alternador y genera 3 fuerzas electromotrices (fem = tensiones), una en cada fase con los siguientes valores instantáneos:
e1 = Emáxima x seno wt
e2 = Emáxima x seno (wt-120º)
e3 = Emáxima x seno (wt-240º)
Nota: Aunque se llamen fuerzas electromotrices, realmente son también tensiones.
Siendo e la tensión instantánea, y Emáxima la máxima de la curva senoidal de la onda.
¿Qué significa esto?
Pues que los valores de las 3 tensiones (una de cada fase) están desfasadas 120º una respecto a la otra en el tiempo.
Si conectáramos una carga al alternador, las corriente procedentes (que salen) del alternador también estarían desfasadas 120º, pero OJO NO las corrientes que atraviesan los receptores, que serían con diferente desfase.
Para saber más sobre esto visita: circuitos de corriente alterna.
Como podemos comprobar en el diagrama de arriba, la suma de las tres f.e.m. generadas por un alternador es cero (0V) en cualquier momento.
Esto constituye una de las características principales del sistema trifásico.
Las bobinas de los alternadores trifásicos siempre están conectadas en estrella.
Otra cosa son los receptores que conectemos a la salida del alternador que si que pueden ir conectados en estrella, triángulo, zig.zag o cualquier otro tipo de conexión.
En la siguiente imagen puedes ver la conexión de las bobinas y cómo obtenemos las 3 fases y el neutro para su utilización.
Nota: para la generación y transporte de energía el alternado está conectado en estrella pero el neutro se conecta a tierra junto con el chasis del alternador para garantizar la seguridad eléctrica de las instalaciones, no se utiliza para transportar la energía.
Cuando el sistema trifásico llega a las ciudades, entonces es cuando sacamos el neutro para utilizarlo en las instalaciones y normalmente lo sacamos de los centros de transformación.
Imaginemos que tenemos un alternador al que se conectan unas cargas en estrella y con neutro.
Nota: la forma de nombrar las tensiones e intensidades puede ser esta, como la del esquema del principio de la web o cualquier otra forma.
Vemos como tenemos unas tensiones de fase o simples comportándose cada bobina del alternador trifásico como un generador monofásico, que genera entre sus terminales una tensión denominada simple o de fase U10, U20 y U30.
Incluso podríamos dividir el sistema trifásico en 3 sistemas monofásicos independientes.
Estas tensiones de fase quedan aplicadas a cada una de las cargas del receptor, y aparece una corriente por cada conductor de línea I1, I2 y I3.
La suma de estas tres corrientes dará como resultado la corriente de retorno del neutro IN.
En un principio podría parecer que el conductor del neutro debe conducir una gran corriente eléctrica.
Pero cuando las cargas (Z) son iguales, resulta que su valor es igual pero están desfasadas 120º, lo que hace que la suma vectorial de las 3 intensidades sea nula, es decir IN = 0A.
Nota: solo cuando Z1 = Z2 = Z3 tanto en tipo de carga (inductiva, capacitiva, resistiva) y en valor, es cuando el sistema se conoce como equilibrado y la IN es igual a 0A.
Esto se puede comprobar en los diagramas vectoriales, en el caso de que las cargas sean todas iguales (cargas equilibradas) esta corriente IN es cero amperios (0A).
En estos casos, incluso podría llevar a la anulación de este conductor en determinadas aplicaciones.
Las tensiones de línea las podemos obtener dividiendo el sistema en varias partes y aplicando Kirchhoff.
Cuando las cargas no son iguales tendríamos que calcular el valor de la intensidad y su desfase en cada receptor independiente (I´1, I´2 e I´3).
Si quieres aprender a calcular circuitos de este tipo visita: circuitos de corriente alterna.
Sumando vectorialmente esos valores (I´1, I´2 e I´3) obtendríamos el valor de IN.
A continuación puedes ver cómo sería el sistema trifásico con cargas en triángulo.
Hagamos un ejercicio:
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Los sistemas trifásico son los mayoritariamente utilizados tanto en la generación de energía, como en el transporte, distribución y en las instalaciones industriales y de vivienda.
Sistemas Trifásicos
Estos sistemas utilizan 3 o 4 conductores, las 3 Fases o las 3 fases y el neutro.La ventaja del sistema de 3 fases y el neutro es que tenemos 2 tensiones diferentes, una tensión entre fases, llamada "Tensión de Línea" y otra más pequeña entre cualquiera de las 3 fases y el neutro llamada "tensión de fase o simple".
La relación entre la tensión de línea y de fase es de raíz de 3.
VLínea/Vfase = √3
Por ejemplo 400/230 = √3
En la práctica, no existen alternadores monofásicos para la producción de grandes cantidades de energía.
Las centrales eléctricas se valen de alternadores trifásicos para la generación de la electricidad que posteriormente se consume tanto en la industria como a nivel doméstico.
Por este motivo, las líneas monofásicas que se utilizan se obtienen a partir de un sistema trifásico, como luego veremos.
Por ejemplo, el sistema monofásico que tenemos en las viviendas procede de un sistema trifásico utilizando solo una fase y el neutro, lo que nos permite conectar receptores monofásicos en una línea trifásica, por lo que es el sistema mayoritariamente utilizado tanto en la industria como en las viviendas.
Los sistemas trifásicos consiguen transportar la energía eléctrica con un ahorro considerable en la sección de los conductores, y por consiguiente en ahorro en dinero, por lo que también se utilizan para el transporte y la distribución de la energía eléctrica.
Otra ventaja es que las máquinas eléctricas trifásicas, ya sean alternadores, transformadores y/o motores eléctricos poseen un mayor rendimiento y, por lo general, son mucho más sencillas y económicas que los monofásicos.
Por ejemplo, el motor trifásico posee unas características mucho mejores que el motor monofásico, como: par de arranque muchísimo más fuerte, mejor rendimiento y mejor factor de potencia.
Todas estas ventajas hacen que en la actualidad toda la energía eléctrica se produzca, transporte, distribuya y consuma en forma de corriente alterna trifásica.
Generación de las tensiones y corriente trifásicas
El generador que produce la corriente trifásica se llama alternador y genera 3 fuerzas electromotrices (fem = tensiones), una en cada fase con los siguientes valores instantáneos:
e1 = Emáxima x seno wt
e2 = Emáxima x seno (wt-120º)
e3 = Emáxima x seno (wt-240º)
Nota: Aunque se llamen fuerzas electromotrices, realmente son también tensiones.
Siendo e la tensión instantánea, y Emáxima la máxima de la curva senoidal de la onda.
¿Qué significa esto?
Pues que los valores de las 3 tensiones (una de cada fase) están desfasadas 120º una respecto a la otra en el tiempo.
Si conectáramos una carga al alternador, las corriente procedentes (que salen) del alternador también estarían desfasadas 120º, pero OJO NO las corrientes que atraviesan los receptores, que serían con diferente desfase.
Para saber más sobre esto visita: circuitos de corriente alterna.
Como podemos comprobar en el diagrama de arriba, la suma de las tres f.e.m. generadas por un alternador es cero (0V) en cualquier momento.
Esto constituye una de las características principales del sistema trifásico.
Las bobinas de los alternadores trifásicos siempre están conectadas en estrella.
Otra cosa son los receptores que conectemos a la salida del alternador que si que pueden ir conectados en estrella, triángulo, zig.zag o cualquier otro tipo de conexión.
En la siguiente imagen puedes ver la conexión de las bobinas y cómo obtenemos las 3 fases y el neutro para su utilización.
Nota: para la generación y transporte de energía el alternado está conectado en estrella pero el neutro se conecta a tierra junto con el chasis del alternador para garantizar la seguridad eléctrica de las instalaciones, no se utiliza para transportar la energía.
Cuando el sistema trifásico llega a las ciudades, entonces es cuando sacamos el neutro para utilizarlo en las instalaciones y normalmente lo sacamos de los centros de transformación.
Imaginemos que tenemos un alternador al que se conectan unas cargas en estrella y con neutro.
Nota: la forma de nombrar las tensiones e intensidades puede ser esta, como la del esquema del principio de la web o cualquier otra forma.
Vemos como tenemos unas tensiones de fase o simples comportándose cada bobina del alternador trifásico como un generador monofásico, que genera entre sus terminales una tensión denominada simple o de fase U10, U20 y U30.
Incluso podríamos dividir el sistema trifásico en 3 sistemas monofásicos independientes.
Estas tensiones de fase quedan aplicadas a cada una de las cargas del receptor, y aparece una corriente por cada conductor de línea I1, I2 y I3.
La suma de estas tres corrientes dará como resultado la corriente de retorno del neutro IN.
En un principio podría parecer que el conductor del neutro debe conducir una gran corriente eléctrica.
Pero cuando las cargas (Z) son iguales, resulta que su valor es igual pero están desfasadas 120º, lo que hace que la suma vectorial de las 3 intensidades sea nula, es decir IN = 0A.
Nota: solo cuando Z1 = Z2 = Z3 tanto en tipo de carga (inductiva, capacitiva, resistiva) y en valor, es cuando el sistema se conoce como equilibrado y la IN es igual a 0A.
Esto se puede comprobar en los diagramas vectoriales, en el caso de que las cargas sean todas iguales (cargas equilibradas) esta corriente IN es cero amperios (0A).
En estos casos, incluso podría llevar a la anulación de este conductor en determinadas aplicaciones.
Las tensiones de línea las podemos obtener dividiendo el sistema en varias partes y aplicando Kirchhoff.
Cuando las cargas no son iguales tendríamos que calcular el valor de la intensidad y su desfase en cada receptor independiente (I´1, I´2 e I´3).
Si quieres aprender a calcular circuitos de este tipo visita: circuitos de corriente alterna.
Sumando vectorialmente esos valores (I´1, I´2 e I´3) obtendríamos el valor de IN.
A continuación puedes ver cómo sería el sistema trifásico con cargas en triángulo.
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