Circuito de Tres Fases | Sistema Estrella y Triángulo
Existen dos tipos de sistemas disponibles en circuitos eléctricos, monofásicos y sistemas trifásicos. En el circuito monofásico, solo habrá una fase, es decir, la corriente fluirá a través de un solo cable y habrá una línea de retorno llamada línea neutra para completar el circuito. Por lo tanto, en el sistema monofásico se puede transportar la cantidad mínima de potencia. Aquí, la estación generadora y la estación de carga también serán monofásicas. Este es un sistema antiguo que se ha utilizado desde tiempos pasados.
En 1882, se realizó un nuevo invento en el sistema polifásico, donde se pueden utilizar más de una fase para generar, transmitir y para el sistema de carga. El circuito trifásico es el sistema polifásico donde tres fases se envían juntas desde el generador hasta la carga.
Cada fase tiene una diferencia de fase de 120o, es decir, 120o de ángulo eléctrico. Así, de los 360o totales, las tres fases se dividen igualmente en 120o cada una. La potencia en el sistema trifásico es continua ya que las tres fases participan en la generación de la potencia total. Las ondas sinusoidales para el sistema trifásico se muestran a continuación-
Las tres fases se pueden usar como fases individuales. Entonces, si la carga es monofásica, se puede tomar una fase del circuito trifásico y la neutra se puede usar como tierra para completar el circuito.
¿Por qué se prefiere el sistema trifásico sobre el monofásico?
Hay varias razones para esta pregunta, ya que hay numerosas ventajas sobre el circuito monofásico. El sistema trifásico se puede usar como tres líneas monofásicas, por lo que puede actuar como tres sistemas monofásicos. La generación trifásica y la generación monofásica son iguales en el generador, excepto en el arreglo de las bobinas en el generador para obtener una diferencia de fase de 120o. El conductor necesario en el circuito trifásico es 75% del conductor necesario en el circuito monofásico. Además, la potencia instantánea en el sistema monofásico cae a cero, como se puede ver en la curva sinusoidal, pero en el sistema trifásico, la potencia neta de todas las fases proporciona una potencia continua a la carga.
Hasta ahora, podemos decir que hay tres fuentes de voltaje conectadas juntas para formar un circuito trifásico y, en realidad, están dentro del generador. El generador tiene tres fuentes de voltaje que actúan juntas con una diferencia de fase de 120o. Si podemos organizar tres circuitos monofásicos con una diferencia de fase de 120o, entonces se convertirá en un circuito trifásico. Por lo tanto, la diferencia de fase de 120o es necesaria, de lo contrario, el circuito no funcionará, la carga trifásica no podrá obtener potencia activa y también puede causar daños al sistema.
El tamaño o la cantidad de metal de los dispositivos trifásicos no tienen mucha diferencia. Ahora, si consideramos el transformador, será casi del mismo tamaño tanto para el monofásico como para el trifásico porque el transformador solo hará el enlace de flujo. Por lo tanto, el sistema trifásico tendrá una mayor eficiencia en comparación con el monofásico, ya que, para la misma o poca diferencia en la masa del transformador, saldrá la línea trifásica, mientras que en el monofásico solo será una. Y las pérdidas serán mínimas en el circuito trifásico. Por lo tanto, en conclusión, el sistema trifásico tendrá mejor y mayor eficiencia en comparación con el sistema monofásico.
En el circuito trifásico, las conexiones se pueden dar en dos tipos:
Conexión estrella
Conexión delta
Menos comúnmente, también existe una conexión delta abierta donde se utilizan dos transformadores monofásicos para proporcionar un suministro trifásico. Estos generalmente solo se usan en condiciones de emergencia, ya que su eficiencia es baja en comparación con los sistemas delta-delta (delta cerrado) (que se utilizan durante las operaciones estándar).
Conexión estrella
En la conexión estrella, hay cuatro cables, tres son cables de fase y el cuarto es neutro que se toma del punto estrella. La conexión estrella es preferida para la transmisión de energía a larga distancia porque tiene el punto neutro. Aquí, debemos llegar al concepto de corriente equilibrada y desequilibrada en el sistema de potencia.
Cuando fluye la misma corriente por las tres fases, se llama corriente equilibrada. Y cuando la corriente no es igual en ninguna de las fases, entonces es corriente desequilibrada. En este caso, durante la condición equilibrada, no fluirá corriente por la línea neutra y, por lo tanto, no se utilizará el terminal neutro. Pero cuando haya corriente desequilibrada en el circuito trifásico, el neutro tiene un papel vital. Tomará la corriente desequilibrada hacia la tierra y protegerá el transformador. La corriente desequilibrada afecta al transformador y también puede causar daños, por lo que la conexión estrella es preferida para la transmisión a larga distancia.
La conexión estrella se muestra a continuación-
En la conexión estrella, el voltaje de línea es √3 veces el voltaje de fase. El voltaje de línea es el voltaje entre dos fases en el circuito trifásico y el voltaje de fase es el voltaje entre una fase y la línea neutra. Y la corriente es la misma para ambas, línea y fase. Se muestra como expresión a continuación
Conexión delta
En la conexión delta, solo hay tres cables y no se toma ningún terminal neutro. Normalmente, la conexión delta se prefiere para distancias cortas debido al problema de corriente desequilibrada en el circuito. La figura se muestra a continuación para la conexión delta. En la estación de carga, se puede usar la tierra como camino neutral si es necesario.
En la conexión delta, el voltaje de línea es el mismo que el voltaje de fase. Y la corriente de línea es √3 veces la corriente de fase. Se muestra como expresión a continuación,
En un circuito trifásico, las conexiones estrella y delta se pueden organizar de cuatro maneras diferentes:
Conexión estrella-estrella
Conexión estrella-delta
Conexión delta-estrella
Conexión delta-delta
Pero la potencia es independiente del arreglo del circuito del sistema trifásico. La potencia neta en el circuito será la misma tanto en la conexión estrella como en la delta. La potencia en el circuito trifásico se puede calcular con la ecuación a continuación,
Dado que hay tres fases, se hace un múltiplo de 3 en la ecuación normal de potencia y el FP es factor de potencia. El factor de potencia es un factor muy importante en el sistema trifásico y, a veces, debido a ciertos errores, se corrige usando
