Sistema trifásico

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

3phase AC wave.gif

3 phase AC waveform.svg

Formas de onda dun sistema trifásico
120 grados ou \frac{2}{3}\pi radiáns de desfase.
Torre de alta tensión.

O sistema trifásico de produción, distribución, transformación e consumo de enerxía eléctrica está formado por tres correntes alternas monofásicas de igual frecuencia e amplitude (e valor eficaz) pero que presentan un desfase entre elas de 120°. Cada unha das correntes monofásicas que forman o sistema trifásico desígnase cun nome de fase e cunha cor diferenciadora.

O sistema trifásico ten unha serie de ventaxes como son a economía das liñas de transporte de enerxía (cables de menor sección que nunha liña monofásica equivalente en potencia) e dos transformadores utilizados, así como o mellor rendimento dos receptores, especialmente motores, aos que a liña trifásica alimenta con potencia constante e non pulsada, como no caso da liña monofásica.

O sistema de tres fases foi inventado por Galileo Ferraris e Nikola Tesla en 1887 e 1888.

Os xeradores utilizados en centrais eléctricas son trifásicos, os transformadores e a conexión á rede eléctrica tamén deben ser trifásicos (salvo para centrais de pouca potencia). A corrente trifásica emprégase en industrias, onde as máquinas funcionan con motores.

Conceptos básicos[editar | editar a fonte]

Un xerador de corrente trifásica, o caso máis simple, son tres bobinas dispostas en círculo distanciadas 120° unha doutra. Nesta disposición as bobinas forman un estator (parte fixa) e o imán un rotor central. No caso máis simple, isto faise mediante unha rotación de imán permanente. As voltaxes de CA tenden a alcanzar o seu máximo desplazamento co tempo por cada período engadido secuencialmente. O desplazamento temporal das tensións de fase determínanse polo ángulo de fase.

Os tres conductores que empréganse como terminais de conexión son chamados comunmente e abreviado como L1 (negro), L2 (marrón) e L3 (gris). Antes, tamén se denominaba a estes conductores de fase cas iniciais R, S e T, do alemán Rot (vermello), Schwarz (negro) e Tail (verde). Nos E.U.A. chámanse A, B e C.

Cores empregadas en electricidade para identificar cables
Norma L1 L2 L3 Neutro Terra
Alemaña R S T Color wire red.svg Color wire black.svg Color wire green.svg Color wire blue.svg Color wire green yellow.svg
Flag of the United States.svg EUA Color wire black.svg Color wire red.svg Color wire blue.svg Color wire white.svg
Color wire grey.svg
Color wire green yellow.svg
Color wire green.svg
Unión Europea Unión Europea CENELEC IEC 60446
España España REBT 2002
Color wire black.svg Color wire brown.svg Color wire grey.svg Color wire blue.svg Color wire green yellow.svg

Conexionado[editar | editar a fonte]

Esquema elemental dun xerador trifásico. O imán permanente xiratorio produce nas bobinas mediante indución as voltaxes L1, L2 e L3. (Conexión en estrela)

A corrente trifásica ten propiedades que a fan moi ventaxosa nun sistema de enerxía eléctrica:

  • As correntes de fase tenden a cancelarse entre si, sumando cero no caso dunha carga equilibrada lineal. Isto fai que sexa posible eliminar ou reducir o tamaño do conductor neutro; todos os conductores de fase levan a mesma corrente e polo tanto pode ser da mesma sección, para unha carga equilibrada.
  • A transferencia de potencia a unha carga equilibrada lineal é constante, o que axuda a reducir as vibracións do motor e xerador.
  • Os sistemas trifásicos poden producir un campo magnético que xira nunha dirección especificada, o cal simplifica o deseño dos motores eléctricos.
  • O conexionado en estrela (representado por Y), chámase así á conexión cun punto medio común conectado a un conductor neutro chamado N (de cor azul). Isto fai a carga eléctrica uniforme das tres fases.
  • Conexionado en triángulo (símbolo Δ), no que non hai punto neutro.

Nas placas de especificacións dos motores eléctricos indícase o tipo de conexionado. Nos motores tamén empréganse os dous conexionados. O arranque inicial faise en estrela e despois dun tempo pasa a conexión en triángulo. Para facer o cambio de xiro no motor invírtense o conexionado de dúas das fases.

Nas redes de baixa tensión en Europa a voltaxe de uso común, o valor nominal, é de 230 V. Tensión entre fase e neutro. Nos sistemas trifásicos o valor efectivo da tensión de liña para sistemas de baixa tensión utilizados en Europa son 400 Voltios trifásicos, tensión medida entre dúas fases calquera.

Definición matemática[editar | editar a fonte]

Voltaxe e frecuencias nos distintos países do mundo:
     220-240 V/60 Hz      220-240 V/50 Hz      100-127 V/60 Hz      100-127 V/50 Hz

Sistema trifásico de tensións:

v_{L1}(t)=V_P\cos\left(\omega t\right)\,\! (Tensión instantánea da Fase 1)
v_{L2}(t)=V_P\cos\left(\omega t-\frac{2}{3}\pi\right)\,\! (Tensión instantánea Fase 2, desfasada 120 grados)
v_{L3}(t)=V_P\cos\left(\omega t-\frac{4}{3}\pi\right)\,\! (Tensión instantánea Fase 3, desfasada 240 grados)
Vp= Voltaxe de Pico

Para carga balanceada, en cada fase hai impedancia:


Z=|Z|e^{j\varphi}\,

A corrente de pico será (Lei de Ohm):


I_P=\frac{V_P}{|Z|}

E as correntes instantáneas en cada fase serán:


i_{f1}(t)=I_P\cos\left(\omega t-\varphi\right)

i_{f2}(t)=I_P\cos\left(\omega t-\frac{2}{3}\pi-\varphi\right)

i_{f3}(t)=I_P\cos\left(\omega t-\frac{4}{3}\pi-\varphi\right)

As potencias instantáneas nas fases son:


p_{f1}(t)=v_{f1}(t)i_{f1}(t)=V_P I_P\cos\left(\omega t\right)\cos\left(\omega t-\varphi\right)

p_{f2}(t)=v_{f2}(t)i_{f2}(t)=V_P I_P\cos\left(\omega t-\frac{2}{3}\pi\right)\cos\left(\omega t-\frac{2}{3}\pi-\varphi\right)

p_{f3}(t)=v_{f3}(t)i_{f3}(t)=V_P I_P\cos\left(\omega t-\frac{4}{3}\pi\right)\cos\left(\omega t-\frac{4}{3}\pi-\varphi\right)

Usando identidades trigonométricas:


p_{f1}(t)=\frac{V_P I_P}{2}\left[\cos\varphi+\cos\left(2\omega t-\varphi\right)\right]

p_{f2}(t)=\frac{V_P I_P}{2}\left[\cos\varphi+\cos\left(2\omega t-\frac{4}{3}\pi-\varphi\right)\right]

p_{f3}(t)=\frac{V_P I_P}{2}\left[\cos\varphi+\cos\left(2\omega t-\frac{8}{3}\pi-\varphi\right)\right]

A suma para a potencia instantánea total será:


p_{TOTAL}(t)=\frac{V_P I_P}{2}\left\{3\cos\varphi+\left[\cos\left(2\omega t-\varphi\right)+\cos\left(2\omega t-\frac{4}{3}\pi-\varphi\right)+\cos\left(2\omega t-\frac{8}{3}\pi-\varphi\right)\right]\right\}

Como os termos en corchetes constitúen un sistema trifásico simétrico, suman cero e a potencia total resulta constante:


P_{TOTAL}=\frac{3V_P I_P}{2}\cos\varphi

Sustituíndo a corrente de pico:


P_{TOTAL}=\frac{3V_P^2}{2|Z|}\cos\varphi

A tensión en cada fase será:


	U = 2 \times V \times \cos(\pi/6) = \sqrt 3 V

Exemplo práctico:
Así nun sistema de distribución eléctrico trifásico de 400 voltios entre fases
a tensión medida entre unha das tres fases calquera e o neutro será:

\frac {400} {\sqrt 3} = 230 voltios, que é a tensión de uso doméstico en Europa.

Motores trifásicos[editar | editar a fonte]

Notas[editar | editar a fonte]

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]