Explicación trifásica

Question

He estado leyendo sobre la energía monofásica y trifásica. Ahora estoy completamente confundido.

¿Puede alguien darme un ejemplo práctico de cuándo utilizaría energía trifásica en lugar de monofásica (algún tipo de situación común con la que pueda relacionarme) y por qué, en lugar de monofásica?

Answer 1

La fase única es una fase relacionada con el neutro. En Bélgica son 230V. Pero cuando se tienen tres fases se pueden utilizar en relación con las otras fases, y entonces la tensión entre fases es de 400V (230V \$\times\$ \$\sqrt{3}\$ ).
Incluso en trifásico puedes utilizar los 230V. Tendrás 3 veces la potencia disponible. Eso se llama configuración en estrella. En triángulo tendrás 3 \$\times\$ 400V, eso es 5.2 \$\times\$ la potencia a la misma corriente.

Obsérvese que en la configuración delta el neutro no aparece. En una carga perfectamente equilibrada, las tensiones (y sus corrientes) suman un total de cero, por lo que no circulará ninguna corriente por el neutro.

En una fase única, la corriente de retorno de cada fase pasa por el neutro.

Normalmente se utilizan tres fases cuando se necesita mucha potencia, o para hacer funcionar motores síncronos.

Una de las aplicaciones es que he cableado una caldera de agua trifásica a 19A por fase. Eso es 22,8kW. Si hicieras eso con una sola fase, tendrías que cablear para 100A.
Hasta hace unas décadas, todas las casas de aquí tenían energía trifásica, y recuerdo que mis padres tenían una lavadora trifásica. Hoy en día sólo se tiene una fase, la trifásica es opcional y hay que pagarla. Como dice Olin las fases se escalonan sobre las casas vecinas para que la potencia de las tres fases esté más o menos equilibrada. Así que yo tendría la fase "R", mi vecino de la izquierda la "S" y el otro vecino la fase "T". Recuerdo una vez que hubo un corte de luz de una sola fase en todo el barrio. A las compañías eléctricas no les gusta esto porque entonces los generadores están desequilibrados y el neutro tiene que transportar mucha más corriente que el valor bajo nominal.

más lecturas
En esta página se explica gráficamente cómo las corrientes en un sistema trifásico se suman a cero.

Answer 2

La potencia monofásica tendrá periodos con potencia cero (la potencia es cero cuando la tensión o la corriente pasan por cero)

En la mayoría de las situaciones prácticas de los usuarios, esto no importa porque la carga tiene suficiente almacenamiento de energía para "superar" los nulos de potencia. El almacenamiento de energía puede ser la inercia giratoria de un sistema mecánico o los condensadores de un sistema electrónico.

Cuando el nivel de potencia (corriente) comienza a aumentar, se prefiere la energía trifásica porque se puede reducir el número de conductores y esto proporciona un beneficio en cuanto a costes. Esta reducción es significativa en los sistemas de distribución:

Considere una carga de 3kW con una tensión de línea a neutro de 100Vac. La corriente monofásica es de 30A y la trifásica de 10A. Esto significa que para un sistema monofásico se necesitan dos cables que transporten 30A cada uno. Para un sistema trifásico equilibrado sólo se necesitan tres cables que transporten 10A cada uno. El cable neutro no es necesario, ya que no transporta corriente. Si se selecciona el tamaño del cable para que tenga la misma densidad de corriente (A/área cuadrada), el sistema monofásico utiliza el doble de cobre que el sistema trifásico.

Answer 3

La energía de la red eléctrica se genera, se distribuye y, en muchos casos, se consume como trifásica. Esto se debe a que tres tensiones sinusoidales separadas 120º entre sí es el número mínimo para proporcionar una potencia constante a la carga y tener una media cero. La parte de la potencia constante es especialmente importante, ya que significa un par constante en las grandes máquinas, como los generadores de las centrales eléctricas.

Las cargas pequeñas, como la mayoría de las casas individuales, no merecen la infraestructura adicional para conectarles las tres fases. Por lo general, las tres fases van a un barrio, pero luego las casas se intercalan para que la carga sea más o menos uniforme en las tres fases. Las casas individuales suelen funcionar con una sola fase. Aquí, en Estados Unidos, esa fase única se reduce a 220 V en un transformador cercano a la casa. El mío está en un poste a unos 15 metros de la casa. Los tres cables entran en la casa, y la toma central está conectada a tierra físicamente cerca de donde entra en la casa. En mi caso, hay una varilla de cobre de media pulgada más o menos clavada en el suelo a la que la toma central está conectada por un cable grande. Esto también está físicamente cerca de la caja del disyuntor. El grifo central es un lado de todos los circuitos de 110 V, con ellos distribuidos uniformemente entre los dos extremos posibles. El circuito de 220 V para la secadora de ropa está conectado a través de los dos extremos.