conexión trifásica Wye(y)
inicialmente, exploramos la idea de sistemas de potencia trifásicos conectando tres fuentes de voltaje juntas en lo que comúnmente se conoce como la configuración «y» (o «estrella»).
esta configuración de fuentes de tensión se caracteriza por un punto de conexión común que une un lado de cada fuente., (Figura a continuación)
la conexión trifásica «y» tiene tres fuentes de voltaje conectadas a un punto común.
si dibujamos un circuito que muestra que cada fuente de voltaje es una bobina de alambre (alternador o devanado de transformador) y hacemos un ligero reordenamiento, la configuración «Y» se vuelve más obvia en la figura a continuación.
la conexión trifásica «y» de cuatro hilos utiliza un cuarto cable «común».,
los tres conductores que se alejan de las fuentes de voltaje (devanados) hacia una carga se denominan típicamente líneas, mientras que los devanados en sí se denominan típicamente fases.
en un sistema conectado a Y, puede o no (figura a continuación) haber un cable neutro conectado en el punto de unión en el medio, aunque ciertamente ayuda a aliviar los problemas potenciales si un elemento de una carga trifásica falla abierto, como se discutió anteriormente.
la conexión trifásica «y» de tres hilos no utiliza el cable neutro.,
valores de voltaje y corriente en sistemas trifásicos
cuando medimos voltaje y corriente en sistemas trifásicos, necesitamos ser específicos en cuanto a dónde estamos midiendo.
la tensión de línea se refiere a la cantidad de tensión medida entre dos conductores de línea cualesquiera en un sistema trifásico equilibrado. Con el circuito anterior, el voltaje de la línea es de aproximadamente 208 voltios.
la tensión de fase se refiere a la tensión medida a través de cualquier componente (devanado de fuente o impedancia de carga) en una fuente o carga trifásica equilibrada.
para el circuito mostrado arriba, el voltaje de fase es de 120 voltios., Los Términos corriente de línea y corriente de fase siguen la misma lógica: el primero se refiere a la corriente a través de cualquier conductor de línea, y el segundo a la corriente a través de cualquier componente.
las fuentes y cargas conectadas a Y siempre tienen voltajes de línea mayores que los voltajes de fase, y corrientes de línea iguales a las corrientes de fase., Si la fuente o carga conectada en Y está equilibrada, la tensión de línea será igual a la tensión de fase por la raíz cuadrada de 3:
Sin embargo, la configuración «y» no es la única válida para conectar la fuente de tensión trifásica o elementos de carga juntos.
configuración Delta trifásica(Δ)
otra configuración es conocida como «Delta», por su parecido geométrico con la letra griega del mismo nombre (Δ). Observe de cerca la polaridad de cada devanado en la siguiente figura.,
la conexión trifásica, de tres hilos Δ NO TIENE común.
a primera vista, parece que tres fuentes de voltaje como esta crearían un cortocircuito, electrones fluyendo alrededor del triángulo con nada más que la impedancia interna de los devanados para retenerlos.
sin embargo, debido a los ángulos de fase de estas tres fuentes de voltaje, Este no es el caso.,
la Ley de voltaje de Kirchhoff en Conexiones Delta
una comprobación rápida de esto es usar la Ley de voltaje de Kirchhoff para ver si los tres voltajes alrededor del bucle suman cero. Si lo hacen, entonces no habrá voltaje disponible para empujar la corriente alrededor y alrededor de ese bucle, y en consecuencia, no habrá corriente de circulación.
comenzando con el bobinado superior y progresando en sentido contrario a las agujas del reloj, nuestra expresión KVL se ve algo como esto:
de hecho, si sumamos estas tres cantidades vectoriales juntas, suman cero., Otra forma de verificar el hecho de que estas tres fuentes de voltaje se pueden conectar juntas en un bucle sin generar corrientes de circulación es abrir el bucle en un punto de unión y calcular el voltaje a través de la ruptura: (figura a continuación)
el voltaje a través de Δ abierto debe ser cero.,
comenzando con el devanado correcto (120 V 1 120°) y progresando en sentido contrario a las agujas del reloj, nuestra ecuación KVL se ve así:
efectivamente, habrá voltaje cero a través de la ruptura, diciéndonos que ninguna corriente circulará dentro del bucle triangular de devanados cuando se complete esa conexión.
habiendo establecido que una fuente de voltaje trifásico conectada a Δ No se quemará a sí misma debido a las corrientes de circulación, recurrimos a su uso práctico como fuente de energía en circuitos trifásicos.,
debido a que cada par de conductores de línea está conectado directamente a través de un solo devanado en un circuito Δ, la tensión de línea será igual a la tensión de fase.
por el contrario, debido a que cada conductor de línea se une a un nodo entre dos devanados, la corriente de línea será la suma vectorial de las dos corrientes de fase de unión.,
no es sorprendente que las ecuaciones resultantes para una configuración Δ sean las siguientes:
Delta Connection Example Circuit Analysis
veamos cómo funciona esto en un circuito de ejemplo: (figura a continuación)
la carga en la fuente δ está cableada en un δ.
con cada resistencia de carga recibiendo 120 voltios de su respectivo devanado de fase en la fuente, la corriente en cada fase de este circuito será de 83.,33 amperios:
ventajas del sistema trifásico Delta
por lo que cada corriente de línea en este sistema de potencia trifásico es igual a 144.34 amperios, que es sustancialmente más que las corrientes de línea en el sistema conectado a Y que vimos anteriormente.
uno podría preguntarse si hemos perdido todas las ventajas de la potencia trifásica aquí, dado el hecho de que tenemos corrientes conductoras más grandes, lo que requiere un cable más grueso y costoso.
La respuesta es no., Aunque este circuito requeriría tres conductores de cobre de calibre 1 (a 1000 pies de distancia entre la fuente y la carga, esto equivale a un poco más de 750 libras de cobre para todo el sistema), todavía es menor que las más de 1000 libras de cobre requeridas para un sistema monofásico que entrega la misma potencia (30 kW) al mismo voltaje (120 voltios de conductor a conductor).
una ventaja distintiva de un sistema Δ-conectado es su falta de un cable neutro., Con un sistema conectado en Y, se necesitaba un cable neutro en caso de que una de las cargas de fase fallara abierta (o se apagara), para evitar que los voltajes de fase en la carga cambiaran.
esto no es necesario (o incluso posible!) en un circuito Δ-conectado.
con cada elemento de fase de carga conectado directamente a través de un devanado de fase de fuente respectivo, la tensión de fase será constante independientemente de las fallas abiertas en los elementos de carga.
quizás la mayor ventaja de la fuente Δ-conectada es su tolerancia a fallos.,
es posible que uno de los devanados en una fuente trifásica conectada Δ falle abierto (figura a continuación) sin afectar la tensión de carga o la corriente!
incluso con una falla en el devanado de la fuente, la tensión de línea sigue siendo de 120 V y la tensión de fase de carga sigue siendo de 120 V. La única diferencia es la corriente adicional en los devanados de la fuente funcional restantes.
la única consecuencia de que un devanado de fuente falle abierto para una fuente conectada a Δ es el aumento de la corriente de fase en los devanados restantes., Compare esta tolerancia a fallas con un sistema conectado a y que sufre un devanado de código abierto en la siguiente figura.
el devanado Abierto de la fuente «y» reduce a la mitad el voltaje en dos cargas de un Δ conectado a la carga.
con una carga Δ-conectada, dos de las resistencias sufren tensión reducida mientras que una permanece en la tensión de línea original, 208. Una carga conectada a Y sufre un destino aún peor (figura a continuación) con la misma falla de devanado en una fuente conectada a y.,
el devanado de código abierto de un sistema «Y-Y» reduce a la mitad el voltaje en dos cargas y pierde una carga por completo.
en este caso, dos resistencias de carga sufren tensión reducida mientras que la tercera pierde tensión de alimentación por completo! Por esta razón, las fuentes conectadas Δ son preferidas para la confiabilidad.
sin embargo, si se necesitan tensiones duales (por ejemplo, 120/208) o se prefiere para corrientes de línea más bajas, los sistemas conectados en Y son la configuración de elección.,
revisión:
- Los conductores conectados a los tres puntos de una fuente o carga trifásica se llaman líneas.
- Los tres componentes que comprenden una fuente o carga trifásica se denominan fases.
- La tensión de línea es la tensión medida entre dos líneas cualesquiera en un circuito trifásico.
- La tensión de fase es la tensión medida a través de un solo componente en una fuente o carga trifásica.
- La corriente de línea es la corriente a través de cualquier línea entre una fuente trifásica y la carga.,
- La corriente de fase es la corriente a través de cualquier componente que comprende una fuente o carga trifásica.
- en circuitos » y » balanceados, el voltaje de línea es igual al voltaje de fase por la raíz cuadrada de 3, mientras que la corriente de línea es igual a la corriente de fase.
- En circuitos Δ balanceados, el voltaje de línea es igual al voltaje de fase, mientras que la corriente de línea es igual a la corriente de fase por la raíz cuadrada de 3.
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