Circuitos trifásicos
Toda la energía eléctrica del mundo se genera, se transporta y se distribuye en trifásica. No es una complicación gratuita: con tres fases la potencia llega pareja en vez de pulsante, hace falta menos cobre para lo mismo, y aparece gratis el campo giratorio que hace andar a los motores.
01Por qué tres y no una
En monofásica la potencia instantánea pulsa a 100 Hz y pasa por cero cien veces por segundo. Con tres fases equilibradas, la suma de las tres potencias instantáneas es constante: el motor no vibra y el par es parejo.
Transportar la misma potencia con tres conductores trifásicos requiere bastante menos material que con dos monofásicos, porque la corriente por conductor es menor y el neutro casi no lleva corriente.
Tres bobinas a 120° alimentadas por tres tensiones a 120° producen un campo magnético que gira solo. De ahí sale el motor asincrónico, que es el motor más usado del planeta y no necesita escobillas ni electrónica para arrancar.
02Las tres tensiones
Un alternador trifásico tiene tres bobinados repartidos a 120° mecánicos en el estator. Al girar el rotor, induce en cada uno una senoidal de la misma amplitud y frecuencia, pero desplazada 120° respecto de las otras dos.
- Tensión de fase (VF): entre una fase y el neutro. En Argentina, 220 V.
- Tensión de línea (VL): entre dos fases. En Argentina, 380 V.
- La relación entre ellas no es 2 sino √3 = 1,732, porque las dos tensiones están desfasadas 120° y se suman vectorialmente: 220 × 1,732 = 381 V.
- El sistema se llama entonces 380/220 V, y esos dos números aparecen juntos en cualquier tablero.
03Estrella y triángulo
Las tres cargas —o los tres bobinados— se pueden conectar de dos maneras, y esa elección cambia tensiones, corrientes y potencia.
| Estrella (Y) | Triángulo (Δ) | |
|---|---|---|
| Tensión en cada carga | VF = VL/√3 | VF = VL |
| Corriente por la línea | IL = IF | IL = √3 · IF |
| Neutro | Existe y puede llevarse | No hay |
| Potencia con la misma carga | P | 3 P |
| Dónde se usa | Distribución domiciliaria, arranque de motores | Motores en régimen, transformadores de potencia |
En estrella:
- Cada resistencia recibe VF = 380/1,732 = 219,4 V
- IF = 219,4/100 = 2,19 A, y como IL = IF, por la línea circulan también 2,19 A
- P = 3 × 219,4 × 2,19 = 1444 W
En triángulo:
- Cada resistencia recibe los 380 V completos
- IF = 380/100 = 3,8 A; por la línea, IL = 1,732 × 3,8 = 6,58 A
- P = 3 × 380 × 3,8 = 4332 W
La misma carga entrega tres veces más potencia en triángulo, y toma tres veces más corriente de línea. Ese factor 3 es exactamente el fundamento del arranque estrella-triángulo: se arranca en estrella para que el motor tome un tercio de la corriente, y una vez lanzado se pasa a triángulo.
04Cargas desequilibradas y el papel del neutro
Con las tres cargas iguales, la suma de las tres corrientes es cero y el neutro no conduce. En una instalación real —una casa por fase, tomas monofásicos repartidos, motores que arrancan y paran— eso nunca es exacto, y el neutro lleva la diferencia.
Si el neutro se interrumpe en una instalación desequilibrada, el punto común deja de estar en cero y se corre: las fases menos cargadas quedan con sobretensión —fácilmente 300 V o más— y las más cargadas con tensión baja. Se queman equipos en toda la casa o el edificio, y es una de las fallas más destructivas de la distribución en baja tensión.
De ahí dos reglas: el neutro nunca lleva fusible ni se secciona solo, y en un tablero se aprieta con el mismo cuidado que las fases, porque un neutro flojo produce exactamente el mismo efecto de manera intermitente.
Es un fenómeno moderno y contraintuitivo. Las cargas electrónicas —fuentes conmutadas, lámparas LED, computadoras— generan un tercer armónico (150 Hz) que en las tres fases resulta en fase, no desfasado 120°. Entonces, en vez de cancelarse, se suman en el neutro: en un edificio de oficinas se puede medir más corriente en el neutro que en cualquier fase, con el conductor dimensionado para llevar poco. Por eso las instalaciones con mucha carga electrónica llevan el neutro del mismo calibre que las fases, o mayor.
05Potencia en trifásica
Motor de 7,5 kW (10 HP) en 380 V, con cos φ = 0,85 y rendimiento η = 0,88:
- Potencia que toma de la red: Pabs = 7500/0,88 = 8523 W
- I = Pabs/(√3 · V · cos φ) = 8523/(1,732 × 380 × 0,85) = 8523/559,4 = 15,2 A
- La corriente de arranque directo es de 6 a 8 veces esa: entre 91 A y 122 A, durante unos segundos. Ese es el motivo de todo lo que se estudia en arranque de motores.
En un sistema de tres hilos, dos vatímetros bastan para medir toda la potencia: P = W₁ + W₂. Y sus lecturas dicen algo más:
- Lecturas iguales → cos φ = 1.
- Una lectura cero → cos φ = 0,5.
- Una lectura negativa → cos φ menor que 0,5. La potencia total es la resta.
- Además, tg φ = √3 · (W₁ − W₂)/(W₁ + W₂), lo que permite obtener el factor de potencia sin cosfímetro.
06Cómo llega a la instalación
| Dato | Valor en Argentina |
|---|---|
| Tensión de distribución en baja | 380 V entre fases, 220 V entre fase y neutro, 50 Hz |
| Suministro domiciliario | Monofásico: una fase + neutro. Trifásico: tres fases + neutro (para talleres, edificios y potencias mayores) |
| Esquema de puesta a tierra | TT: neutro puesto a tierra en el transformador de la distribuidora y masas a una jabalina propia del usuario |
| Colores normalizados (AEA) | Fases castaño, negro y rojo; neutro celeste; protección verde-amarillo |
| Media tensión | 13,2 kV o 33 kV en la distribución urbana; el transformador de barrio baja a 380/220 |
Todo el detalle de conductores, protecciones y tableros se desarrolla en instalaciones eléctricas, y el transformador que hace posible ese cambio de tensión, en transformadores.
07En el laboratorio
En un tomacorriente trifásico del taller, medir las tres tensiones entre fases y las tres entre fase y neutro. Calcular el cociente de cada par: debe dar 1,73. Anotar además cuánto difieren entre sí las tres fases: en una red real es normal un 2 o 3 % de diferencia, y eso ya explica parte de la corriente de neutro.
Con tres lámparas incandescentes iguales conectadas primero en estrella y después en triángulo sobre la misma red (con las protecciones adecuadas), observar el brillo y medir la corriente de línea. En triángulo iluminan mucho más y toman tres veces más corriente. Es el experimento que fija la relación de potencia 1:3.
Con las tres lámparas en estrella con neutro, medir con la pinza la corriente de cada fase y la del neutro: debe ser casi cero. Después desconectar una lámpara y volver a medir el neutro: ahora lleva prácticamente la corriente de una fase. Sacar dos y medir de nuevo. Con eso queda claro qué hace el neutro y por qué su sección importa.
Con un secuencímetro (o con el clásico circuito de dos lámparas y un capacitor) determinar la secuencia. Después hacer girar un motor trifásico pequeño, intercambiar dos conductores cualesquiera y comprobar que gira al revés. Es la maniobra más simple y más usada del taller eléctrico.
La tensión entre fases duplica largamente la de un tomacorriente domiciliario y la corriente de cortocircuito en un tablero es de miles de amperes. Se trabaja siempre sin tensión, verificando la ausencia con el instrumento, con el tablero señalizado y bloqueado, y con los elementos de protección personal. Ninguna práctica de este eje se hace con la instalación energizada salvo la medición con instrumento adecuado y bajo supervisión.
08Errores frecuentes
| Síntoma | Causa habitual |
|---|---|
| Se esperaba 440 V entre fases y hay 380 | Se multiplicó por 2 en vez de por √3. Las tensiones se suman vectorialmente, no aritméticamente. |
| El motor gira al revés | Secuencia de fases invertida. Se intercambian dos conductores cualesquiera. |
| Un motor 380/660 conectado en triángulo a 380 V se quema | Hay que leer la chapa: en 380 V ese motor va en estrella. En triángulo, cada bobinado recibiría √3 veces su tensión nominal. |
| Tensiones raras en un edificio, equipos quemados | Neutro cortado o flojo con cargas desequilibradas: el punto neutro se corre y aparecen sobretensiones. |
| El neutro lleva más corriente que las fases | Tercer armónico de cargas electrónicas, que se suma en vez de cancelarse. |
| La potencia calculada da el triple de la real | Se usó tensión de fase con corriente de línea, o se olvidó el √3. Conviene usar siempre valores de línea. |
| Un vatímetro indica negativo y parece roto | Es normal con cos φ < 0,5 en el método de los dos vatímetros: hay que restar esa lectura. |
| Al pasar de estrella a triángulo salta la protección | La conmutación se hizo con el motor todavía lento: la corriente de triángulo se suma al arranque. Hay que respetar el tiempo del temporizador. |
09Autoevaluación
¿Por qué la tensión de línea es √3 veces la de fase y no el doble?
Porque las dos tensiones de fase que se restan están desfasadas 120°: la resta es vectorial. El módulo resultante es 2·VF·cos(30°) = √3·VF = 1,732·VF.
Tres resistencias de 50 Ω en estrella sobre 380 V: ¿corriente de línea y potencia?
VF = 219,4 V; I = 219,4/50 = 4,39 A (igual en fase y en línea); P = 3 × 219,4 × 4,39 = 2890 W.
Las mismas tres resistencias en triángulo: ¿qué cambia?
Cada una recibe 380 V: IF = 7,6 A, IL = 1,732 × 7,6 = 13,2 A y P = 3 × 380 × 7,6 = 8664 W: exactamente el triple.
¿Cuánta corriente lleva el neutro con las tres fases equilibradas?
Cero. Las tres corrientes están desfasadas 120° y su suma vectorial se anula en todo instante.
¿Qué pasa si se corta el neutro con cargas desequilibradas?
El punto neutro de la carga se corre: las fases poco cargadas quedan con sobretensión (pueden superar los 300 V) y las muy cargadas con tensión baja. Se dañan equipos. Por eso el neutro no lleva fusible ni se secciona solo.
Un motor de 4 kW, 380 V, cos φ 0,82 y η 0,86: ¿qué corriente toma?
Pabs = 4000/0,86 = 4651 W. I = 4651/(1,732 × 380 × 0,82) = 4651/539,7 = 8,6 A.
¿Por qué el arranque estrella-triángulo reduce la corriente a un tercio?
Porque en estrella cada bobinado recibe la tensión de línea dividida √3, así que su corriente cae en ese factor, y además la corriente de línea es igual a la de fase. Combinando ambos efectos, la corriente de línea resulta tres veces menor que en triángulo. El par de arranque también baja a un tercio: por eso sólo sirve para arrancar en vacío o con poca carga.
En el método de los dos vatímetros, W₁ = 3 kW y W₂ = 1 kW. ¿Potencia total y cos φ?
P = 3 + 1 = 4 kW. tg φ = √3 × (3 − 1)/(3 + 1) = 1,732 × 0,5 = 0,866 → φ = 40,9° → cos φ = 0,756.
¿Por qué el tercer armónico se suma en el neutro?
Porque desfasar 120° la fundamental equivale a desfasar 360° el tercer armónico, o sea nada: los terceros armónicos de las tres fases quedan en fase entre sí y se suman aritméticamente en el conductor neutro.
¿Cómo se invierte el sentido de giro de un motor trifásico?
Intercambiando dos conductores de fase cualesquiera. Eso invierte la secuencia y con ella el sentido del campo giratorio.