Sistemas Trifásicos: Conexiones, Potencia y Corrección del Factor de Potencia

Sistemas Trifásicos: Conceptos Clave

1. Características de los Sistemas Trifásicos

Lo más característico de los sistemas trifásicos es que las líneas utilizan tres o cuatro hilos (tres fases y el neutro), con lo que se pueden obtener dos tensiones diferentes.

2. Tipos de Receptores en Sistemas Trifásicos

Se pueden conectar tanto receptores trifásicos como monofásicos.

3. Relación entre Tensiones en una Línea Trifásica

Se puede comprobar que la tensión entre fases es √3 veces mayor que la que aparece entre las fases y el neutro.

4. Ventajas de los Suministros Trifásicos

Los suministros trifásicos presentan varias ventajas con respecto a los monofásicos:

• En una misma línea tenemos dos tensiones diferentes.
• Los alternadores, transformadores y motores de corriente alterna trifásicos poseen un mayor rendimiento y, por lo general, son mucho más sencillos y económicos.
• Se consigue transportar la energía eléctrica con un ahorro considerable en la sección de conductores.

5. Generación de Corriente Alterna Trifásica

En los alternadores modernos, se sitúan tres bobinas en el estátor. En el rotor, se sitúa un potente electroimán que genera un campo magnético. En su movimiento de rotación, el campo magnético corta los conductores de las tres bobinas consecutivamente, induciendo en ellas tres f.e.m. desfasadas entre sí 120°.

6. Formas de Conexión en Sistemas Trifásicos

Los generadores y receptores trifásicos se pueden conectar de dos formas diferentes: en estrella y en triángulo.

7. Conexión en Estrella: La Más Utilizada

La forma más utilizada de conexión es la de estrella, ya que permite el uso del conductor neutro y, con él, el uso de dos tensiones diferentes.

Cálculo y Corrección de Potencia en Sistemas Trifásicos

8. Cálculo de la Potencia

La fórmula para calcular la potencia es: P = √3 * Ul * Il * cosφ

9. Ejemplo de Cálculo de Potencia

Un motor trifásico funciona con una tensión de 400 V y una intensidad de 12 A. El cosφ es 0,85. Calcular la potencia con la que trabaja el motor.

10. Tipos de Potencia en Corriente Alterna

En corriente alterna hay tres potencias diferentes:

• Potencia activa: es la potencia que se consume y se aprovecha, convirtiéndose en trabajo útil. En una corriente alterna trifásica, se representa con la letra P y su unidad es el vatio (W).

• Potencia reactiva: es la potencia que se consume en un circuito de corriente alterna trifásica, pero que no se aprovecha y, por lo tanto, no se convierte en trabajo útil. Esta potencia la utilizan los elementos del circuito (bobinas y condensadores) para su funcionamiento interno. Se representa con la letra Q y su unidad es el voltiamperio reactivo (var).

• Potencia aparente: es la potencia total que se consume en un circuito de corriente alterna trifásica. Corresponde a la potencia que resulta de sumar la potencia activa y la potencia reactiva consumida en el circuito. Se representa con la letra S y su unidad es el voltiamperio (VA).

11. Corrección del Factor de Potencia: Importancia

Es necesario realizar la corrección del factor de potencia porque un factor de potencia con un valor bajo (cosφ < 0,8) quiere decir que la potencia reactiva que se consume en el circuito es elevada. Esto supone que el circuito consume mucha potencia que en la práctica no se convierte en trabajo y, por lo tanto, no se aprovecha. Además, un alto consumo de potencia reactiva se suele penalizar, lo que ocasiona un aumento importante en el coste de la factura eléctrica.

12. Corrección de Potencia en Sistemas Trifásicos

Se lleva a cabo mediante baterías de condensadores conectadas en estrella o en triángulo que se acoplan en derivación a la red eléctrica.

13. Compensación de la Energía Reactiva

Para realizar la compensación de la energía reactiva en las redes trifásicas, se utilizan baterías automáticas trifásicas de condensadores. Estos condensadores trifásicos están construidos por tres condensadores conectados en estrella o triángulo dentro de una misma envolvente.

14. Funcionamiento de un Motor Trifásico en Estrella y Triángulo

Un motor trifásico puede funcionar en estrella y en triángulo. La diferencia entre ambas formas de funcionamiento es que en triángulo el motor funcionará con más tensión y más intensidad, es decir, más potencia. Por esta razón, el motor tendrá más fuerza.

15. Ejercicio con Receptor Conectado en Triángulo

Si el receptor está conectado en triángulo, las fórmulas no cambian. Por lo tanto, los resultados de este ejercicio serán los mismos que si estuviera conectado en estrella.