Sistemas Polifásicos: Generación, Conexiones y Compensación de Potencia

Sistemas Polifásicos: Fundamentos y Aplicaciones en la Gestión Técnica de Edificios

Definición de Sistemas Polifásicos

Un sistema polifásico se compone de múltiples corrientes senoidales monofásicas que comparten la misma frecuencia, pero están desfasadas entre sí. El desfase angular es igual a 360º/n, donde n representa el número de fases. Una excepción es el sistema bifásico, con un desfase de 90º.

Aunque el número de fases puede variar, los sistemas más utilizados son el bifásico, trifásico y hexafásico, siendo el trifásico el más común.

• Sistema equilibrado: Las corrientes tienen igual frecuencia e idéntica amplitud.
• Sistema desequilibrado: Las corrientes son distintas, aunque las tensiones aplicadas tengan el mismo valor.

Generación de un Sistema Trifásico

Un sistema trifásico se genera utilizando un alternador con tres bobinas idénticas, desfasadas 120º entre sí. Al girar el rotor, se induce en cada bobina una fuerza electromotriz (f.e.m.) alterna senoidal, con la misma frecuencia y amplitud, pero desfasadas 120º entre sí.

Ventajas de los Sistemas Trifásicos

• Posibilidad de obtener dos tensiones distintas.
• Permite la utilización de receptores monofásicos y trifásicos.
• Menores pérdidas en el transporte de energía y uso de conductores de menor sección.

Valores de Línea y de Fase en Sistemas Trifásicos

En un sistema trifásico, se distinguen tensiones y corrientes de línea y de fase:

• Tensión de fase (U_f): Tensión medida entre el principio y el final de una fase.
• Tensión de línea (U_L): Tensión medida entre dos fases distintas.
• Intensidad de fase (I_f): Corriente que recorre una fase en un alternador o en una carga.
• Intensidad de línea (I_L): Corriente que sale de los bornes del alternador y llega a los bornes de la carga.

A los valores de fase también se les denomina valores simples y a los de línea, valores compuestos.

Conexiones en Sistemas Trifásicos

Conexión en Estrella

La conexión en estrella consiste en unir los finales de cada fase en un punto común, denominado neutro. Los principios de las fases quedan libres y se conectan a las líneas de alimentación. Se pueden obtener tres hilos activos desde los extremos libres y, opcionalmente, un cuarto conductor desde el punto neutro (hilo neutro). Todas las tensiones de fase son de igual magnitud y están desfasadas 120º entre sí. Las tensiones de línea (U_L) se obtienen como la diferencia de potencial entre las tensiones de fase.

Conexión en Triángulo

En la conexión en triángulo, el final de una fase se conecta con el principio de la siguiente, formando un circuito cerrado. Los puntos de unión se conectan a la tensión de línea.

Potencia en Sistemas Trifásicos (Estrella y Triángulo)

En ambos tipos de conexión (estrella y triángulo), la potencia total en un sistema trifásico es igual a la suma de las potencias de cada fase.

Compensación del Factor de Potencia

La compensación del factor de potencia se realiza conectando receptores que generen energía reactiva de signo contrario a la carga. En la práctica, esto se logra conectando condensadores en paralelo con la carga. Esta técnica no modifica la potencia activa, pero sí mejora el factor de potencia. Los condensadores se seleccionan en función de su tensión y capacidad.