Corriente alterna trifásica

Corriente alterna trifásica

Corriente alterna trifásica. Es el conjunto de tres corrientes monofásicas iguales,de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz, desfasadas una respecto a la otra en un tercio de período (120⁰).

Obtención de la corriente trifásica

En un generador decorriente alterna con tres devanados aislados, en los que se genera corriente y que se encuentran bajo un ángulo de 120° uno con respecto a otro. El campo magnético giratorio que surge como consecuencia de la rotación de un imán permanente, origina en los devanados del generador tensiones iguales pero en desfasaje:

Acoplamientos de los devanados del generador

Si los tres devanados del generador se utilizan sin unirlos entre si, el generador de corriente trifásica se convierte simplemente en un conjunto de tres generadores aislados de corriente monofásica y no contiene ningunos elementos nuevos. Por el contrario si los devanados se unen entre si de una manera determinada, la corriente trifásica manifiesta propiedades específicas que son muy útiles para las aplicaciones técnicas. Existen dos tipos de acoplamiento de los devanados del generador: la conexión en estrella (Y) y en delta (Δ).

Conexión en estrella (Y) de los devanados del generador

El circuito de conexión en estrella y el diagrama vectorial de las tensiones en los devanados se muestran a continuación.

En este caso existe un punto común O del mismo potencial. La tensión en cada uno de los devanados se denomina fase. El conductor unido con el punto común de potencial común, se llama neutro. Los conductores, unidos con los extremos libres de los devanados se denominan hilos de fase. Así pues, las tensiones de fase son tensiones entre los hilos neutros y de fase. La tensión entre los hilos de fase se llama lineal. Del diagrama vectorial se ve que las amplitudes de Uo_l y Uo_f de las tensiones de fase y lineales están en la siguiente relación:

En particular, si U_of = 127 V, U_ol =220 V. La corriente I_f que circula por los devanados se llama corriente de fase, mientras que la corriente I_l que circula por la línea, se denomina corriente de línea. Durante la conexión en estrella las corrientes de fase son iguales a las de líneas (I_f = I_l). Si a cada uno de los devanados se le conecta una misma carga R, la intensidad sumaria de la corriente a través del hilo neutro es nula, puesto que:

Ya que del diagrama vectorial se ve que:

La conexión en estrella de los devanados del generador permite utilizar para la transmisión de energía en lugar de seis hilos, sólo cuatro, lo que representa una gran ventaja.

Conexión en delta (Δ) de los devanados del generador.

El circuito de conexión de los devanados en delta y diagramas vectoriales de tensión y corrientes se muestran en la figura.

En este caso U_of = U_ol. Basándose en el diagrama vectorial de las corrientes hallamos para las mismas cargas de las fases:

Al conectar en delta los devanados del generador sin carga, la corriente de cierre en los devanados está ausente. Pero eso es solo correcto para el primer armónico. Las corrientes de los armónicos superiores que se excitan siempre debido a las oscilaciones no lineales, están presentes en los devanados. Por eso los devanados de los generadores potentes, por regla general, no se conectan en delta.

Conexiones de las cargas

Las cargas pueden conectarse entre sí también en estrella y en delta y luego unirlas a un generador trifásico, cuyos devanados están acoplados entre sí en estrella o en delta. Así existen cuatro posibilidades de unir el generador con las cargas:

• Estrella – estrella (Y – Y)
• Estrella - delta (Y-Δ)
• Delta – delta (Δ - Δ )
• Delta – estrella (Δ - Y)

Cada una de esas conexiones tiene sus peculiaridades. Durante la conexión Y-Y en todas las cargas existe distinta tensión. Siendo las cargas aproximadamente iguales y conforme a:

La intensidad de la corriente en el hilo neutro es muy pequeña, a pesar de ello no se puede prescindir de dicho hilo, ya que sin él sobre cada uno de los pares de carga actúa una tensión lineal U_ol = U_of por la raíz de tres, que se distribuye entre las cargas de acuerdo con sus resistencias. En cambio semejante dependencia de las tensiones respecto a las cargas es inadmisible. Por eso es necesario conservar siempre el hilo neutro, sin introducirle fusibles. Durante la conexión Y- Δ, sobre cada carga actúa una tensión lineal Uof = Uof por la raíz de tres, independientemente de la resistencia de la carga. En el caso de la conexión Δ – Δ, sobre todas las cargas actúa una tensión de fase independientemente de las resistencias de las cargas. Durante la conexión Δ – Y, la tensión en cada carga es igual a:

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Obtención de un campo magnético giratorio

Si a los devanados del generador se les suministra una corriente trifásica, en el espacio entre ellos surge un campo magnético giratorio, correspondiente al campo del imán giratorio que genera la corriente. Si en lugar del imán se coloca un rotor cortocircuitado, este empieza a girar, es decir, el generador funcionará como motor asincrónico. Así pues, al utilizar la corriente trifásica, la construcción de los motores eléctricos se simplifica considerablemente, lo que representa una gran ventaja.

Utilización de la corriente alterna trifásica

La generación de corriente alterna trifásica tiene sus ventajas por ejemplo permite un uso más eficiente de los conductores donde se economiza en el uso de las líneas de transporte de la energía, de ahí que se utiliza fundamentalmente para transportar y distribuir energía eléctrica a gran escala, además de su utilización industrial, incluyendo el accionamiento eléctrico de motores.

Fuente

• Libro Electricidad y magnetismo. A. N. Mateveev. Editorial Mir (1988). Traducido del ruso por la Licenciada en Física C. Fernández