¿Por qué necesitamos una fuente de alimentación trifásica?

Hay varias razones por las que la alimentación trifásica es preferible a la monofásica. Una ventaja de 3-ph sobre 1-ph tiene que ver con la energía instantánea (es decir, la energía generada o consumida en cualquier momento dentro del ciclo de energía).

Por ejemplo, considere un elemento calefactor (resistencia de potencia) en un circuito monofásico. El voltaje y la corriente están en fase. Ambos cruzan el cero dos veces durante un ciclo, ya que se vuelven positivos y luego negativos.

Su producto es potencia, que es una sinusoide a 2x la frecuencia fundamental (multiplique dos ondas sinusoidales y obtendrá una nueva onda sinusoidal con el doble de frecuencia). La potencia disipada por el elemento calefactor tiene una forma de onda sinusoidal que se encuentra por encima de la línea cero (porque las dos sinusoides V e I, cuando se multiplican juntas, siempre dan un valor positivo).

La sinusoide de potencia también llega a cero dos veces durante el ciclo fundamental al mismo tiempo que V o I cruzan cero. La resistencia no produce calor (consume energía) en estos instantes de tiempo de cruce por cero (la resistencia permanece caliente debido a su masa térmica). Ahora reemplace la resistencia con un motor de inducción monofásico.

Por razones similares, a pesar de que V & I están desfasados, hay momentos en su ciclo de potencia en los que el motor no produce potencia mecánica (sigue girando debido a su propia inercia y la de su carga). En un sistema trifásico, las fases están escalonadas 120 grados eléctricos. Si se conecta un elemento calefactor trifásico (Y o delta; no importa para el propósito de esta discusión), cada resistencia individual "ve" un cruce por cero, pero colectivamente los tres están produciendo calor en todo momento. No hay instante en el tiempo en el que no se esté produciendo calor.

De manera similar, con un motor trifásico en funcionamiento, no hay ningún instante en el tiempo en el que no esté produciendo potencia mecánica. El resultado es un motor simplificado (no se necesita devanado de arranque como en el caso de un motor monofásico), un marco más pequeño para la misma potencia porque la potencia instantánea nunca es cero. A diferencia del motor monofásico, el motor trifásico no necesita el volumen más grande para "deslizarse" por un cruce por cero.

Comparando la transmisión trifásica con la monofásica, la trifásica tiene un par de ventajas significativas:

1) Uso más eficiente de los conductores: dado el mismo voltaje máximo entre los conductores y la misma corriente en cada conductor, la trifásica ofrece 3 veces la potencia con 1,5 veces el cobre (3 cables en lugar de 2). Esto duplica la utilidad de cada libra de cobre (aluminio, etc.) En largas distancias, se trata de un importante ahorro de costes.

2) Los motores trifásicos funcionan suavemente sin complejidad adicional para definir su dirección de marcha. La entrega de potencia es aproximadamente constante a medida que el rotor sigue el campo giratorio (con algo de deslizamiento, en un motor de inducción) sin variación de par ni vibración. La inversión puede ser tan simple como intercambiar dos fases cualesquiera.

La ventaja de la suavidad también se aplica a los generadores trifásicos: absorben energía de, por ejemplo, la turbina sin problemas: un generador monofásico grande probablemente se sacudirá aparte de las variaciones de par.

La potencia total en un sistema trifásico es casi constante y, por lo tanto, genera menos vibraciones.

La potencia total en un sistema monofásico es pulsante y crea más vibraciones.

La trifásica es fácil de generar, fácil de transmitir y fácil de manipular de muchas maneras diferentes.

En una configuración delta, facilita la transmisión a larga distancia, ya que no se necesita "tierra": las otras dos fases proporcionan la funcionalidad equivalente a tierra para una fase.

En una configuración de estrella, proporciona tres circuitos de alimentación monofásicos individuales para alimentar a los consumidores.

Cambiar entre disposiciones delta y estrella es tan simple como usar un transformador con los devanados primario y secundario en la disposición correcta.

Tiene que ser, con mucho, el más flexible de todos los arreglos que se te ocurran.

Los generadores de CA grandes y los motores de CA más eficientes energéticamente son trifásicos (o algún múltiplo de 3). Otra razón es que en los transformadores trifásicos, el núcleo es mucho menos propenso a saturarse para un tamaño dado, lo que significa una mejor eficiencia de transmisión de energía.