Sistema de alimentación trifásica

Una de las opciones para un sistema de suministro de energía multifásico es un sistema de CA trifásico. Tiene tres EMF armónicos de la misma frecuencia, creados por una fuente de voltaje común. Los datos EMF se desplazan entre sí en el tiempo (en fase) por el mismo ángulo de fase igual a 120 grados o 2 * pi / 3 radianes.

El primer inventor de un sistema trifásico de seis hilos fue Nikola TeslaSin embargo, el físico e inventor ruso Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky hizo una contribución significativa a su desarrollo, quien propuso usar solo tres o cuatro cables, lo que dio ventajas significativas, y quedó claramente demostrado en experimentos con motores de inducción.

En un sistema de CA trifásico, cada EMF sinusoidal se encuentra en su propia fase, participando en un proceso periódico continuo de electrificación de la red, por lo tanto, los datos de EMF a veces se denominan simplemente "fases", al igual que los conductores que transmiten datos de EMF: primera fase, segunda fase, tercera fase. Las fases se desplazan entre sí en 120 grados, y los conductores correspondientes generalmente se denotan con las letras latinas L1, L2, L3 o A, B, C.

Tal sistema es muy económico cuando se trata de la transmisión de energía eléctrica por cable a largas distancias. Los transformadores trifásicos requieren menos material.

Los cables de alimentación requieren menos metal conductor (generalmente se utiliza cobre), ya que las corrientes en los conductores de fase, en comparación con los conductores monofásicos, tienen valores efectivos más bajos en comparación con los circuitos monofásicos de potencia de transmisión similar.

El sistema trifásico es muy equilibrado y ejerce una carga mecánica uniforme en la instalación generadora de energía (generador de la planta de energía), extendiendo así su vida útil.

Con la ayuda de corrientes trifásicas que pasan a través de los devanados de los consumidores eléctricos, varias instalaciones y motores, es fácil obtener un campo magnético giratorio necesario para la operación de motores y otros aparatos eléctricos.

Los motores de CA trifásicos síncronos y asíncronos tienen un dispositivo simple y son mucho más económicos que los motores de CC clásicos monofásicos y bifásicos, y aún más.

Con una red trifásica en una instalación, puede obtener dos voltajes operativos a la vez: lineal y de fase, lo que le permite tener dos niveles de potencia según el esquema de conexión del devanado: un "triángulo" (la versión en inglés es "delta") o "estrella".

En cuanto a la fuente de alimentación de los sistemas de iluminación, al conectar tres grupos de lámparas, cada uno a diferentes fases de la red, puede reducir significativamente el parpadeo y eliminar el efecto estroboscópico dañino.

Estas ventajas solo determinan el uso generalizado de un sistema de suministro de energía trifásico en la gran industria mundial de energía eléctrica actual.

Estrella

La conexión de acuerdo con el esquema "estrella" implica conectar los extremos de los devanados de fase del generador a un punto común "neutro" (neutral - N), así como los extremos de las salidas de fase del consumidor.

Los cables que conectan las fases del consumidor con las fases correspondientes del generador se denominan cables lineales en una red trifásica. Y el cable que conecta los neutros del generador y el consumidor entre sí es un cable neutro (marcado con una "N").

En presencia de neutral, una red trifásica resulta ser de cuatro hilos, y si no hay neutral, de tres hilos. En condiciones en las que las resistencias en las tres fases del consumidor son iguales entre sí, es decir, siempre que Za = Zb = Zc, la carga será simétrica. Este es un modo de operación ideal para una red trifásica.

Si hay un neutro, el voltaje de fase se llama voltaje entre cualquier cable de fase y un cable neutro. Y los voltajes entre cualquier cable de dos fases se llaman voltajes lineales.

Si la red tiene una conexión en estrella, entonces bajo carga simétrica La relación entre las corrientes y tensiones lineales y de fase puede describirse mediante las siguientes relaciones:

Se puede ver que los voltajes lineales se desplazan en relación con los voltajes de fase correspondientes en un ángulo de 30 grados (pi / 6 radianes):

La potencia en la conexión de la "estrella" en las condiciones de una carga simétrica, teniendo en cuenta los voltajes de fase conocidos, puede determinarse mediante la fórmula:

Sobre la importancia del desequilibrio neutral y de fase

Aunque con una carga absolutamente simétrica, el suministro de energía a los consumidores es posible a través de tres cables con voltajes lineales incluso en ausencia de neutro, sin embargo, si las cargas en las fases no son estrictamente simétricas, siempre se requiere neutral.

Si, con una carga asimétrica, el cable neutro se rompe, o su resistencia aumenta por algún motivo, se produce un "desequilibrio de fase", y luego las cargas en las tres fases pueden estar bajo diferentes voltajes, de cero a lineal, dependiendo de la distribución de las resistencias de carga fases en el momento del descanso neutral.

Pero las cargas están nominalmente diseñadas estrictamente para voltajes de fase, lo que significa que algo puede fallar. El desequilibrio de fase es especialmente peligroso para los electrodomésticos y la electrónica, debido a esto, no solo algunos dispositivos pueden quemarse, sino que también puede ocurrir un incendio.

Problema de armónicos múltiples del tercero

La mayoría de las veces, los electrodomésticos y otros electrodomésticos están equipados hoy con fuentes de alimentación conmutadas y sin un circuito de corrección del factor de potencia integrado. Esto significa que los momentos de consumo están limitados por picos de corriente pulsada delgada cerca de la parte superior de la sinusoide de la red, cuando el condensador del filtro de salida instalado después del rectificador se recarga rápida y rápidamente.

Cuando hay muchos consumidores conectados a la red, se produce una alta corriente del tercer armónico de la frecuencia principal de la tensión de alimentación. Estas corrientes armónicas (múltiplos de la tercera) se suman en el conductor neutro y pueden sobrecargarlo, a pesar de que el consumo de energía en cada fase no excede el permitido.

El problema es especialmente relevante en edificios de oficinas, donde muchos equipos de oficina diferentes se encuentran en un espacio pequeño. Si todas las fuentes de alimentación conmutadas incorporadas tuvieran circuitos de corrección del factor de potencia, esto resolvería el problema.

Triángulo

La conexión de acuerdo con el esquema de "triángulo" supone desde el lado del generador la conexión del extremo del conductor de la primera fase con el comienzo del conductor de la segunda fase, el final del conductor de la segunda fase con el comienzo del conductor de la tercera fase, el final del conductor de la tercera fase con el comienzo del conductor de la primera fase - resulta una figura cerrada - un triángulo.

Los voltajes y corrientes lineales y de fase con una carga simétrica, con respecto al "triángulo" de conexión, se correlacionan de la siguiente manera:

La potencia en un circuito trifásico cuando está conectada por un triángulo, en condiciones de carga simétrica, se determina de la siguiente manera:

La siguiente tabla muestra los estándares de fase y voltaje de línea para diferentes países:

Los conductores de diferentes fases de una red trifásica, así como los conductores neutros y protectores, se marcan tradicionalmente con sus propios colores.

Esto se hace para evitar descargas eléctricas y garantizar la conveniencia del mantenimiento de la red, para facilitar su instalación y reparación, así como para estandarizar la fase del equipo: la secuencia de fase a veces es muy importante, por ejemplo, para establecer la dirección de rotación de un motor de inducción, el modo de operación de un rectificador trifásico controlado etc. En diferentes países la marca de color es diferente, en algunos es igual.

Ver: Codificación de color del cable