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En los circuitos trifásicos hay una fuente de alimentación, generalmente un transformador trifásico, que suministra una carga trifásica. Esta carga puede ser del tipo carga balanceada, que es cuando tenemos la misma impedancia en las tres fases, por lo que tiene el mismo factor de potencia. Otra posibilidad es conectar una carga desbalanceada, donde las impedancias conectadas al secundario tienen diferentes valores en al menos uno de ellos. El circuito desbalanceado se estudiará en otro capítulo. Por ahora, centrémonos en estudiar el circuito balanceado.

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Veamos las cuatro formas posibles de conectar el secundario del transformador juntos con la carga, asumiendo que la secuencia es positiva o directa , también conocida como secuencia ABC. Para la secuencia inversa debemos intercambiar B con C y viceversa. Como consecuencia, todos los cambios en la secuencia negativa deben ser opuestos a los realizados en la secuencia positiva.

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    2.1   Secundario en "Y" y Carga en "Y"

En la Figura 83-01 presentamos el circuito donde usamos una conexión Y o Estrella en el secundario del transformador. Para el caso de carga equilibrada, la corriente eléctrica que circula por el neutro es igual a cero . Debido a esto, no es necesario utilizar cables que conecten lo neutro al transformador de carga y alimentador (en la figura, indicado por la línea discontinua entre los puntos N-N '). Cómo el circuito es balanceado, entonces Z_A = Z_B = Z_C.

Observe que I_línea = I_fase. Como se dijo anteriormente, la corriente en lo neutro debe ser nulo. Entonces podemos tratar el circuito como si fuera un circuito monofásico. Consulte la Figura 83-02 para ver el circuito simplificado que permitirá calcular la corriente y la potencia en la carga.

Tenga en cuenta que usamos la fase A como referencia. Por tanto, la corriente de la fase A tendrá el ángulo de fase igual a la diferencia entre los   V_AN ∠ θ_A   y   Z_A∠ φ_Z,   es decir:

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    2.2   Secundário em "Y" e Carga em "Delta"

En la Figura 83-03 presentamos el circuito donde usamos una conexión Y en el secundario del transformador y la carga está conectada como un circuito delta. Como el circuito es balanceado, Z_AB = Z_BC = Z_CA.

Observe que en este caso, el voltaje aplicado a la carga es voltaje de línea y no el voltaje de fase como en el ítem anterior. Entonces, sobre la carga Z_AB tenemos la voltaje V_AB. Si en el problema se suministra el voltaje de fase y no el voltaje de línea, entonces debemos realizar la transformación adecuada. Recordemos la relación entre el voltaje de línea y el voltaje de fase en un circuito estrella, donde θ_F representa el ángulo de voltaje de fase.

Debemos prestar atención al hecho de que debemos agregar 30° al ángulo del voltaje de fase para obtenemos el ángulo correcto de la voltaje de linea, además de multiplicar la magnitud por √ 3.

Conociendo el voltaje de línea, puede calcular la corriente de fase en la carga dividiendo el voltaje por la impedancia. Por otro lado, puede calcular la corriente de línea, si es necesario, utilizando la siguiente ecuación.

No debemos olvidar multiplicar el módulo de corriente de fase por √ 3, además de restar 30° al ángulo θ_F de la corriente de fase para lograr el ángulo de corriente de línea correcto.

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    2.3   Secundario en "Delta" y Carga en "Y"

Estudiaremos esta configuración desde un punto de vista didáctico, ya que no es muy utilizada en la práctica. Vea el circuito en la Figura 83-04. Debido al hecho de que no tenemos ninguna referencia al neutro en lo secundario. Luego, utilizando el secundario del transformador en la configuración delta , el transformador proporciona voltaje de línea. Como la carga está conectada en Y debemos encontrar el voltaje de fase dividiendo el voltaje de línea por √3. Entonces, para encontrar la corriente de línea (I_L) fluyendo a través de la carga (en este caso particular, la corriente de fase es igual a la corriente de línea), debemos dividir el voltaje de fase por la impedancia de fase. En un circuito balanceado las tres corrientes son iguales en módulo, variando solo el ángulo.

Nótese que esta situación es contraria a la presentada en el ítem 2.2. Por lo que debemos prestar atención al ángulo que asumirá la voltaje de fase. Cuando pasamos del circuito estrella a delta, avanzamos el ángulo de voltaje de línea en 30° en relación con el ángulo de la voltaje de fase. Ahora, pasar del circuito delta al circuito estrella debemos retrasar el ángulo de voltaje de fase (V_F) en 30° en relación con el ángulo de la voltaje de línea (V_L). Por lo tanto, debemos usar la siguiente ecuación, donde θ_L representa el ángulo de voltaje de línea.

Debemos prestar mucha atención al hecho de que lo anterior es para una secuencia de fase directa o positivo. Si la secuencia es inversa o negativa, debemos AÑADIR 30° al ángulo de voltaje de la línea.

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    2.4   Secundario en "Delta" y Carga en "Delta"

Esta configuración tampoco tiene referencia al neutro. Sin embargo, es una configuración ampliamente utilizado en líneas de transmisión encargadas de transportar grandes cantidades de energía entre dos puntos distantes entre sí. Como regla general, el punto de partida de la línea tiene un transformador, llamado transformador de elevación de voltaje. El secundario de este transformador funciona con decenas o incluso cientos de miles de voltios. Al otro lado de la línea de transmisión, tenemos otro transformador, llamado transformador reductor de voltaje, con el propósito de reducir la tensión en la red a valores utilizados en el sistema de distribución eléctrica. Entonces, la carga en el secundario del primer transformador es el primario del segundo transformador. Consulte la Figura 83-05> para ver el esquema de esta configuración.

Nótese que en esta configuración no es necesario cambiar la fase de voltaje . Solo debemos corregir el ángulo de corrientes de la fase y la línea. Con este fin, después calcular la corriente de fase, podemos encontrar la corriente de línea multiplicando la magnitud de la corriente de fase por √3 y restar 30° a su ángulo, es decir, debemos emplear la eq. 83-02 , repetido aquí.

En esta ecuación, θ_F representa el ángulo de la corriente de fase y, restando 30° de él, encontramos el ángulo de la corriente de línea.

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3.   Circuitos Trifásicos com más de una Carga

Como regla general, los circuitos trifásicos suministran más de una carga. Por ejemplo, en una industria hay varios equipos que funcionan simultáneamente, como motores, tornos, hornos eléctricos, ascensores, etc ... Por tanto, debemos ser conscientes del tipo de conexión que se utiliza en los distintos equipos. Veamos un ejemplo.

Ejemplo 3.1

Sea una industria alimentada por una red trifásica a 380 voltios. Supongamos un horno eléctrico con una potencia total de 30 kW, conectados en configuración delta y dos motores 20 HP y cos φ = 0,8 cada uno, conectado en la configuración estrella . Calcular la corriente de línea de la red y la corriente de fase en el horno eléctrico. Suponga que los motores tienen un rendimiento de 90% y que 1 HP = 746 vatios.

Solución

Cuando hablamos de red trifásica, se entiende que la tensión suministrada es la tensión de línea . Así, V_linea = 380 volts. Disponemos de horno eléctrico con 10 kW de potencia por fase. Como está conectado en la configuración delta , sabemos que V_linea = V_fase. Luego, podemos encontrar la corriente de fase calculando el cociente entre potencia y voltaje. Así:

En un circuito balanceado sabemos que I_linea = √3 I_fase. Luego: