Fundamentos de Sistemas Eléctricos: Monofásicos y Trifásicos
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Introducción a los Sistemas Eléctricos
Los sistemas de potencia requieren el desarrollo de técnicas de generación y transformación mucho más eficaces y rentables.
Sistemas Polifásicos
Los sistemas polifásicos obligan a que los sistemas de potencia desarrollen técnicas de generación y transformación mucho más eficaces y rentables.
El ángulo de desfase se calcula como: y = 2π/m = 360°/m (donde 'm' es el número de fases).
Sistema Monofásico
Lo constituye una sola fase. Se utiliza un único devanado y genera una onda senoidal.
Inconvenientes del Sistema Monofásico
- Es difícil obtener un campo magnético totalmente uniforme que produzca una onda senoidal pura.
- Dificultad de utilizar grandes alternadores que trabajen a 50 Hz y giren a 3000 rpm.
Ventajas del Sistema Monofásico
- Ideal para receptores de bajo consumo.
- Se rentabiliza mejor la instalación de conductores para pequeñas cargas.
Los receptores de alumbrado son comúnmente monofásicos y funcionan con una sola tensión.
Sistema Trifásico
Es el sistema más utilizado. Los 3 vectores están desfasados a 120° y forman ondas senoidales.
Tipos de Sistemas Trifásicos
Sistema Equilibrado
Se caracteriza por la igualdad de tensiones e intensidades en todas las fases.
Sistema Desequilibrado
Son sistemas con tensiones que cumplen la definición de sistema trifásico, pero la intensidad que consumen es distinta en cada conductor.
Conexiones en Sistemas Trifásicos
Conexión Estrella (Y)
Consiste en unir los tres extremos finales de los devanados en un punto común, conocido como neutro.
Intensidad en Conexión Estrella
La intensidad de fase (If) circula por el devanado y es igual a la intensidad de línea (Il).
Il = If
Tensión en Conexión Estrella
La tensión de línea (Ul) es la raíz de 3 veces la tensión de fase (Uf).
Ul = √3 * Uf
Potencia en Conexión Estrella
La potencia total es generada por la suma de la potencia de cada fase.
Conexión Triángulo (Δ)
Consiste en conectar los devanados formando un triángulo, donde el final de un devanado se une al principio del siguiente.
Tensión en Conexión Triángulo
Se deduce que los enrollamientos están en paralelo entre cada dos conductores de línea, por lo que la tensión de línea (Ul) es igual a la tensión de fase (Uf).
Ul = Uf
Intensidad en Conexión Triángulo
La intensidad de línea (Il) es la raíz de 3 veces la intensidad de fase (If).
Il = √3 * If
Potencia en Conexión Triángulo
La potencia total es generada por la suma de la potencia de cada fase, similar a la conexión estrella.
Cargas en Conexión Estrella y Triángulo
La elección entre conexión estrella o triángulo depende de la aplicación y los requisitos de tensión e intensidad, buscando la igualdad de tensión que proporcione la misma potencia.
Ventajas de un Sistema Trifásico
- Potencia Uniforme: A diferencia de la potencia monofásica que es pulsatoria y pasa por cero (lo que hace que un motor funcione a impulsos a 50 Hz), la potencia trifásica es más constante y uniforme, lo que resulta en un funcionamiento más suave de los motores.
- Mejora del Factor de Potencia: Se puede mejorar instalando baterías trifásicas de condensadores en paralelo.
Medición de Potencia en Sistemas Trifásicos
Sistemas Equilibrados con Neutro (3N, 4 hilos)
Si el sistema está equilibrado, con instalar un vatímetro en una fase y multiplicar por 3, se obtiene la potencia total.
Sistema sin Neutro (3 hilos)
Se emplea el método universal de los dos vatímetros o conexión Aron para medir la potencia.