Energía eléctrica trifásica
La energía eléctrica trifásica (abreviada 3φ [1] ) es un tipo común de corriente alterna utilizada en la generación , transmisión y distribución de electricidad . [2] Es un tipo de sistema polifásico que emplea tres cables (o cuatro, incluido un cable de retorno neutral opcional) y es el método más común utilizado por las redes eléctricas en todo el mundo para transferir energía.
La energía eléctrica trifásica fue desarrollada en la década de 1880 por varias personas. La energía trifásica funciona cuando el voltaje y las corrientes están desfasados 120 grados en los tres cables. Como un sistema de CA, permite que los voltajes se eleven fácilmente utilizando transformadores a alto voltaje para transmisión y retrocedan para distribución, lo que brinda una alta eficiencia.
Un circuito trifásico de tres hilos suele ser más económico que un circuito monofásico de dos hilos equivalente con el mismo voltaje de línea a tierra porque utiliza menos material conductor para transmitir una cantidad determinada de energía eléctrica. [3] La energía trifásica se usa principalmente directamente para alimentar grandes motores y otras cargas pesadas. Las cargas pequeñas a menudo usan solo un circuito monofásico de dos hilos, que puede derivarse de un sistema trifásico.
Los conductores entre una fuente de voltaje y una carga se llaman líneas, y el voltaje entre dos líneas cualesquiera se llama voltaje de línea . La tensión medida entre cualquier línea y el neutro se denomina tensión de fase . [4] Por ejemplo, para un servicio de 208/120 voltios, el voltaje de línea es de 208 voltios y el voltaje de fase es de 120 voltios.
Los sistemas de energía polifásicos fueron inventados de forma independiente por Galileo Ferraris , Mikhail Dolivo-Dobrovolsky , Jonas Wenström , John Hopkinson y Nikola Tesla a fines de la década de 1880.
La energía trifásica evolucionó a partir del desarrollo del motor eléctrico. Ferraris investigó de forma independiente el campo magnético rotatorio en 1885. Ferraris experimentó con diferentes tipos de motores eléctricos asíncronos. La investigación y sus estudios dieron como resultado el desarrollo de un alternador , que puede considerarse como un motor de corriente alterna que funciona a la inversa, para convertir la energía mecánica (giratoria) en energía eléctrica (como corriente alterna).
Transformador trifásico con salida de cuatro hilos para servicio de 208Y/120 voltios: un hilo para neutro, otros para fases A, B y C
El
primer motor AC del mundo del físico italiano Galileo Ferraris. Este era un motor de 2 fases y requiere 4 cables, lo cual es menos eficiente. Los motores y generadores trifásicos se desarrollaron agregando bobinas adicionales y conectando algunos de los cables
Formas de onda normalizadas de los voltajes instantáneos en un sistema trifásico en un ciclo con el tiempo aumentando hacia la derecha. El orden de las fases es 1‑2‑3. Este ciclo se repite con la
frecuencia del sistema de potencia. Idealmente, el
voltaje , la corriente y la potencia de cada fase están compensados con respecto a los demás en 120°.
Líneas de transmisión de energía eléctrica trifásica
Transformador trifásico (Békéscsaba, Hungría): a la izquierda están los cables primarios y a la derecha los cables secundarios
Animación de corriente trifásica
Imagen de la izquierda: alternador trifásico elemental de seis cables con cada fase utilizando un par de cables de transmisión separados.
[9] Imagen de la derecha: alternador trifásico de tres hilos elemental que muestra cómo las fases pueden compartir solo tres hilos.
[10] Circuitos en estrella (Y) y delta (Δ)
Una configuración delta-estrella en el núcleo de un transformador (tenga en cuenta que un transformador práctico normalmente tendría un número diferente de vueltas en cada lado).
Un transformador para un sistema de " triángulo de rama alta " utilizado para cargas mixtas monofásicas y trifásicas en el mismo sistema de distribución. Las cargas trifásicas, como los motores, se conectan a L1, L2 y L3. Las cargas monofásicas se conectarían entre L1 o L2 y el neutro, o entre L1 y L2. La fase L3 es 1,73 veces el voltaje de L1 o L2 al neutro, por lo que este tramo no se usa para cargas monofásicas.
Generador de CA trifásico conectado como fuente en estrella o en estrella a una carga conectada en estrella o en estrella
Un diagrama fasorial para una configuración en estrella, en el que V
ab representa un voltaje de línea y V
an representa un voltaje de fase. Los voltajes se balancean como:
- V ab = (1∠α − 1∠α + 120°) √ 3 |V|∠α + 30°
- V ac = √ 3 |V|∠α − 90°
- Vca = √ 3 | V | ∠α + 150°
(α = 0 en este caso.)
Generador de CA trifásico conectado como fuente en estrella a una carga conectada en triángulo
Una configuración delta y un diagrama fasorial correspondiente de sus corrientes. Los voltajes de fase son iguales a los voltajes de línea y las corrientes se calculan como:
- yo una = yo ab − yo ca = √ 3 yo ab ∠−30°
- yo segundo = yo bc − yo ab
- yo c = yo ca − yo bc
La potencia total transferida es:
Máquina eléctrica trifásica con campos magnéticos rotativos
Enchufe trifásico utilizado en el pasado en estufas eléctricas en Alemania
