6 Sistemas Polifásicos
  1. Introducción
  2. Tensiones y corrientes de fase y de línea
  3. Conexiones estrella y triángulo
  4. Cargas equilibradas en Estrella ó Y
  5. Cargas equilibradas en Triángulo ó D
  6. Cargas desequilibradas en Estrella ó Y
  7. Cargas desequilibradas en Triángulo ó D
  8. Corrección del factor de potencia
        Resumen
1 Introducción inicio del tema


Un sistema polifásico es el formado por varias fuentes de tensión monofásicas senoidales de igual frecuencia y amplitud pero desfasadas entre si un ángulo igual a 360/n, donde n es el número de fases.  El más utilizado es el trifásico que está formado por tres fuentes de tensión, distribuyéndose las mismas a tres o cuatro hilos.

Si se distribuyen tres hilos (conductores de fase) se tiene siempre la misma tensión entre cada dos hilos, normalmente dicha tensión es de 380V entre fases.

Si se distribuyen cuatro hilos (los tres conductores de fase más el conductor de neutro) se obtienen dos tensiones distintas: entre el neutro y cualquiera de las fases (normalmente 220V) llamada tensión simple o de fase y entre dos fases cualquiera (normalmente 380V), llamada tensión compuesta o de línea.

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SOBRE TENSIONES TRIFÁSICAS

El sistema trifásico, en el que las tres fases tienen unas tensiones desfasadas entre si de 120, es el más empleado debido a las siguientes ventajas:

  • La posibilidad de disponer de dos tensiones distintas, la más alta para receptores de mucho consumo (ascensores, bombas y aparatos industriales) y la otra menor para consumos domésticos y de alumbrado en los que prima la seguridad.
  • Permite la utilización de receptores monofásicos y trifásicos
  • Menores pérdidas en el transporte de energía y por tanto uso de conductores de menor sección
  • Mejor rendimiento en los receptores y de los generadores trifásicos que en los monofásicos

 

2 Tensiones y corrientes de fase y de línea inicio del tema


Las señales presentes en un sistema trifásico tienen el siguiente aspecto; tres ondas senoidales de la misma amplitud y frecuencia que están desfasadas entre si 120.

En los sistemas monofásicos vistos hasta ahora solo existía una tensión, la presente entre fase y neutro. En los trifásicos en los que exista neutro se dan dos valores de tensión distintos: el existente entre una cualquiera de las fases y el neutro (tensión simple o de fase) y la que hay entre dos fases cualquiera (tensión compuesta o de línea).

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SOBRE APARATOS TRIFÁSICOS

En trifásica la relación entre las tensiones simples y compuestas depende de la conexión del sistema del que se trate, así en sistemas conectados en triángulo las tensiones simples y compuestas son iguales mientras que en sistemas conectados en estrella la tensión compuesta esVL=raiz(3)·VF.

Si la tensión simple es de 220V la compuesta es aproximadamente 380V, si la simple es de 125V, la compuesta es aproximadamente 220V. Así según las tensiones trifásicas del sistema 380/220V o 220/125V (anticuado) podemos encontrar aparatos que funcionan a 125, 220 y a 380V.

Igualmente se pueden distinguir dos corrientes:

  • Intensidad de fase: es la que recorre una fase en un sistema trifásico, o sea, la fase de un alternador o la de una carga.
  • Intensidad de línea: es la que sale de los bornes del alternador y entra en los de una fase.

Según como se conecte el alternador o la carga, las corrientes de fase y de línea pueden ser iguales o distintas.

 

3 Conexiones estrella y triángulo inicio del tema

Los generadores y los transformadores de los sistemas trifásicos están constituidos habitualmente por grupos de tres bobinas. En función de como se conecten dichas bobinas se pueden distinguir:

Conexión en estrella o conexión Y en la que todas las bobinas se conectan por un extremo a un punto común llamado neutro, quedando el otro extremo de cada una accesible junto con el neutro.

Es el tipo de conexión más empleado en la salida o secundario de los transformadores de los centros de transformación que alimentan a las redes de baja tensión.

Permite obtener 2 tensiones distintas: la de línea y la de fase.

Conexión en triángulo o conexión D, en la que cada uno de los extremos de una bobina está conectado a un extremo de una bobina distinta.

Es el tipo de conexión que habitualmente se emplea en la parte de transformadores que están conectados a redes de Alta Tensión.

4 Cargas equilibradas en Estrella ó Y inicio del tema

Es este caso IF = IL, por lo que en un sistema equilibrado en estrella se cumple que la suma vectorial de las intensidades de línea es igual a cero y por lo tanto IN = 0 ;  se podría prescindir del hilo de neutro.

Para determinar la potencia del sistema será suficiente con sumar las potencias de cada fase.

P=raíz(3)·VL·IL·cos fi

Y lo mismo para potencia reactiva y aparente.

Q=raíz(3)·VL·IL·sen fi
S=raíz(3)·VL·IL

5 Cargas equilibradas en Triángulo ó D inicio del tema

La Il llega a un nudo de donde se distribuye entre las 2 fases conectadas al nudo, resultando:

IL=raíz(3)·IF

La potencia:

P=raíz(3)·VL·IL·cos fi
Q=raíz(3)·VL·IL·sen fi
s=raíz(3)·VL·IL

En definitiva, la potencia consumida por una carga trifásica equilibrada es igual tanto si la conexión es en estrella como en triángulo.

6 Cargas desequilibradas en Estrella ó Y inicio del tema

Cuando hay neutro se cumple que la corriente IN es la suma vectorial de las corrientes de fase.

Este es el caso más habitual en instalaciones de viviendas y terciarias en las que se conectan distintas cargas monofásicas, desequilibrando el sistema.

7 Cargas desequilibradas en Triángulo ó D inicio del tema

Las VL son iguales pero las impedancias son distintas en cada fase lo que provoca que las corrientes de líneas no sean iguales.

Representando vectorialmente las intensidades se obtiene un triángulo no equilátero.

 

8 Corrección del factor de potencia inicio del tema

La energía reactiva existente en una instalación eléctrica depende de los receptores que se conectan en la misma. Cuanto mayor es el número de bobinas (motores, transformadores, tubos fluorescentes, etc) mayor es la energía reactiva y menor factor de potencia.

La existencia de un bajo factor de potencia implica importantes pérdidas de energía, calentamiento de los conductores y coste económico pues está penalizada por parte de las compañías suministradoras. Por eso hay que tratar de acercar el factor de potencia a la unidad y esto se puede conseguir empleando condensadores conectados a la instalación.

De los distintos métodos de corrección el mejor consiste en conectar tres condensadores en triángulo en paralelo con la carga.

La capacidad de los condensadores necesarios para la corrección de un determinado factor de potencia se determina mediante la siguiente fórmula:

C=PT(tg fi1-tg fi2)/(3·w·V^2)

PT: potencia activa total
V: tensión de fase
tg fi1: tangente del factor de potencia sin corregir
tg fi2: tangente del factor de potencia corregido
w: pulsación
Blabla

Curiosidad

 

 

Resumen
  • Un sistema polifásico es el formado por varias fuentes de tensión monofásicas senoidales de igual frecuencia y amplitud pero desfasadas entre si un ángulo igual a 360/n, donde n es el número de fases
  • En trifásica la relación entre las tensiones simples y compuestas depende de la conexión del sistema del que se trate, así en sistemas conectados en triángulo las tensiones simples y compuestas son iguales mientras que en sistemas conectados en estrella la tensión compuesta esVL=raíz (3)·VF
  • Se pueden distinguir dos corrientes:
    • Intensidad de fase: es la que recorre una fase en un sistema trifásico, o sea, la fase de un alternador o la de una carga.
    • Intensidad de línea: es la que sale de los bornes del alternador y entra en los de una fase.
  • Conexión en estrella o conexión Y es en la que todas las bobinas se conectan por un extremo a un punto común llamado neutro, quedando el otro extremo de cada una accesible junto con el neutro
  • Conexión en triángulo o conexión D, es en la que cada uno de los extremos de una bobina está conectado a un extremo de una bobina distintaen un sistema equilibrado en estrella se cumple que la suma vectorial de las intensidades de línea es igual a cero y por lo tanto IN = 0
  • La potencia consumida por una carga trifásica equilibrada es igual tanto si la conexión es en estrella como en triángulo
  • Cuanto mayor es el número de bobinas (motores, transformadores, tubos fluorescentes, etc) mayor es la energía reactiva y menor factor de potencia
  • De los distintos métodos de corrección el mejor consiste en conectar tres condensadores en triángulo en paralelo con la carga