Cómo convertir monofásico a energía trifásica

Contenido

• Advertencias
• Potencia trifásica: una analogía visual
• Potencia y voltaje en circuitos de CA
• Potencia monofásica: ampliación de la analogía
• Conversión monofásica a trifásica

En los Estados Unidos, la mayoría del poder que ingresa a los hogares de las personas es un poder de una fase. Sin embargo, la energía generada en la planta de energía eléctrica es trifásica. Esta es la idea detrás de esas grandes líneas de transmisión que ves unidas a torres altas: se supone que estas líneas transmiten la mayor cantidad de voltaje posible a largas distancias antes de que esta energía se "conecte" y se entregue a los vecindarios con un voltaje muy reducido.

La energía monofásica es suficiente para prácticamente todos los electrodomésticos, mientras que los entornos industriales con equipos pesados ​​requieren energía trifásica. Pero, ¿qué sucede si necesita energía trifásica y todo lo que tiene es la energía monofásica que ingresa a su hogar?

Advertencias

Potencia trifásica: una analogía visual

Imagínese a usted y a dos de sus amigos (obviamente aburridos) caminando de un lado a otro a una velocidad rápida de 2 metros por segundo (aproximadamente 4.5 millas por hora) a lo largo de un camino que corre de norte a sur y mide 60 metros de punta a punta. Cada uno de ustedes comienza en el punto medio de este camino, camina hacia el extremo norte, regresa al inicio, continúa caminando hacia el extremo opuesto y regresa nuevamente al medio, completando así una "vuelta" o ciclo de 120 metros. Como cada uno de ustedes camina a 2 metros por segundo, un viaje de ida y vuelta lleva a cada persona exactamente 60 segundos.

Supongamos además que en el punto de partida, el "estado" de cada uno de ustedes es cero. Obtienes una unidad de estado por cada metro que caminas hacia el norte y pierdes una unidad de estado por cada metro que caminas hacia el sur. Por lo tanto, cada vez que uno de ustedes alcanza el extremo norte del camino, esa persona tiene un estado de 30, mientras que cualquiera que haga el giro en el extremo sur tiene un estado de -30. Reconocen que los tres pueden separarse al máximo el uno del otro al comenzar con 20 segundos de diferencia, porque cada circuito toma 60 segundos y hay tres de ustedes, y 60 divididos entre 3 es 20. Si hacen el álgebra, encontrarán que cuando uno de ustedes ha maximizado su "estado" en un valor de 30 al llegar al extremo norte, los otros dos se cruzan a la mitad a lo largo de la sección sur, uno hacia el norte y el otro hacia el sur, donde cada caminante tiene un estado de -15. Si agrega sus valores de estado en ese momento, suman 30 + (-15) + (-15) = 0. Es posible mostrar que, de hecho, la suma de todos sus valores de estado en cualquier momento es 0 siempre y cuando los tres estén perfectamente escalonados como se describe.

Potencia y voltaje en circuitos de CA

Esto ofrece un modelo de cómo se ve la energía eléctrica trifásica, excepto que el "estado" sustituye al "estado" y en lugar de que ocurra un ciclo cada 60 segundos, se producen 60 ciclos de voltaje cada segundo. Además, en lugar de que cada persona pase el punto de partida dos veces por minuto, el voltaje pasa a través del punto cero 120 veces por segundo.

Debido a la forma en que la potencia, la corriente y el voltaje están matemáticamente relacionados, la potencia trifásica permanece en un nivel constante distinto de cero, aunque los tres voltajes individuales se agregan a cero en cualquier momento. Esta relación es:

P = V²/ R

Aquí P es potencia en vatios, V es voltaje en voltios y R es resistencia eléctrica en unidades llamadas ohmios. Puede ver que los voltajes negativos contribuyen a la potencia porque elevar al cuadrado un número negativo produce un valor positivo. La potencia total en un sistema trifásico es solo la suma de la potencia de los tres valores de potencia individuales de cada fase.

Además, si alguna vez se preguntó cómo la corriente alterna (AC) obtuvo su nombre, ahora tiene su respuesta. El voltaje nunca es estable en sistemas monofásicos o trifásicos, y como resultado, tampoco lo es la corriente; estos están relacionados por la ley de Ohms, que es V = IR, donde yo representa la corriente en amperios ("amperios").

Potencia monofásica: ampliación de la analogía

Para extender la analogía de los amigos que caminan de un lado a otro al poder de una fase, simplemente imagine que dos de sus amigos son llamados a casa para cenar mientras continúa caminando, y ahí lo tiene. Es decir, la energía trifásica es, literalmente, solo tres fuentes de energía monofásica compensadas mutuamente por un tercio de un ciclo (o en términos trigonométricos, por 120 grados). En una fuente de alimentación monofásica, cada vez que el voltaje individual se convierte brevemente en cero, también lo hace la salida de potencia. Quizás pueda entender ahora por qué los electrodomésticos pequeños, que no se ven afectados en gran medida por breves interrupciones de energía, pueden funcionar con energía monofásica, mientras que las máquinas grandes que funcionan a altos niveles de potencia (potencia) no pueden; requieren una fuente de alimentación grande y estable.

Todo lo anterior se entiende más fácilmente consultando un gráfico de voltaje vs. tiempo para una fuente de alimentación trifásica (ver Recursos). En este gráfico, las fases individuales se grafican en líneas rojas, moradas y azules. Estos siempre suman cero, pero la suma de sus cuadrados es positiva y constante. Por lo tanto, dado un valor inmutable de R, la potencia P en estas configuraciones también es constante debido a la relación P = V²/ R.

Para un suministro monofásico, no hay voltajes para resumir, y el voltaje de una fase pasa a través del punto cero 120 veces por segundo. En estos instantes, la energía cae a cero pero se recupera lo suficientemente rápido como para que las luces más pequeñas, los electrodomésticos, etc. no experimenten interrupciones notables.

Conversión monofásica a trifásica

Si tiene un motor trifásico en un dispositivo más grande, como un compresor de aire de tamaño industrial y no tiene acceso inmediato a la energía trifásica debido a la forma en que está configurada su red local, existen soluciones que puede utilizar para obtener su equipo alimentado adecuadamente (Una de ellas es simplemente reemplazar el motor trifásico con un motor monofásico, pero esto no es tan inteligente como otras soluciones).

Numerosos tipos de convertidores trifásicos están disponibles. Uno de estos, un convertidor estático, aprovecha el hecho de que, si bien un motor trifásico no puede arrancar con alimentación monofásica, puede seguir funcionando con energía monofásica una vez que se arranca. Un convertidor estático hace esto con la ayuda de condensadores (dispositivos que pueden almacenar carga), lo que permite que el convertidor estático represente una de las fases, aunque de una manera ineficiente que garantice la disminución de la vida útil efectiva del motor. UNA convertidor de fase rotativo, por otro lado, actúa como una especie de combinación de un motor trifásico sustituto y un generador independiente. Este dispositivo incluye un motor loco, que, una vez que se pone en movimiento, no gira ninguna parte móvil en las máquinas principales, sino que genera energía para que toda la configuración pueda imitar un sistema de energía trifásico razonablemente bien. Finalmente un variador de frecuencia (VFD) utiliza componentes llamados inversores, que pueden usarse para crear corriente alterna en casi cualquier frecuencia deseada y replicar la mayoría de las condiciones dentro de un motor trifásico estándar.

Ninguno de estos convertidores es perfecto, como tampoco se puede usar un cuchillo para cortar carne con facilidad. Pero un cuchillo de pan es mejor que tus manos desnudas, por lo que estos convertidores son realmente buenos si tienes a mano si trabajas con maquinaria y herramientas que consumen mucha energía.