Circuitos polifásicos
Cuando se corta el neutro de un edificio, algunos departamentos reciben más de 300 V y se les queman los artefactos. El diagrama fasorial de una estrella desequilibrada explica exactamente por qué.
01Tres tensiones desfasadas 120°
Un generador trifásico tiene tres bobinados separados 120° en el espacio, y produce tres tensiones de igual amplitud desfasadas 120° en el tiempo. Toda la red eléctrica del mundo se genera, transporta y distribuye así, por tres razones que se ven en esta unidad: con tres conductores se transporta el triple de potencia que con una fase de dos conductores, la potencia instantánea total es constante —y los motores giran sin vibrar— y se obtienen dos tensiones distintas de la misma red.
02Estrella y triángulo
Las tres fases se pueden conectar de dos maneras. En estrella (Y) cada carga va entre una fase y el neutro común; en triángulo (Δ), entre dos fases. Las tensiones entre fases —de línea— son \( \sqrt3 \) veces las de fase:
| Estrella | Triángulo | |
|---|---|---|
| Tensión sobre cada carga | \( V_f = V_L/\sqrt3 \) | \( V_L \) |
| Corriente de línea | Igual a la de cada carga | \( \sqrt3 \) veces la de cada carga |
| Neutro | Disponible | No existe |
| Uso típico | Distribución domiciliaria | Motores y cargas industriales |
03El neutro y el desequilibrio
Si las tres cargas de una estrella son iguales, sus corrientes suman cero y el neutro no conduce. Pero los consumos domiciliarios nunca están equilibrados: en un edificio, cada departamento está en una fase distinta y cada uno consume lo que quiere. El neutro lleva entonces la suma de las tres corrientes, y además cumple una función que se nota recién cuando falta: fija el punto común de las cargas en cero volts.
Si el neutro se corta, el punto común de las cargas queda flotando y se desplaza hacia la fase más cargada. Su tensión sale directamente del teorema de Millman del contenido anterior:
Tres consumos en estrella sobre una red de 3 × 380/220 V, uno por fase. Elegís la potencia de cada uno y si el neutro está conectado. El diagrama fasorial muestra las tensiones de la red, el punto común de las cargas y la tensión que le llega a cada una.
El corte de neutro en la acometida de un edificio es una de las causas más comunes de artefactos quemados en masa: los departamentos de la fase menos cargada reciben de golpe más de 300 V. Por eso la reglamentación prohíbe poner fusibles o interruptores que corten solo el neutro, y por eso existen los protectores de sobretensión que desconectan la instalación cuando la tensión se va de rango.
04Potencia constante
En una sola fase la potencia instantánea oscila al doble de la frecuencia de red y pasa por cero cien veces por segundo. En un sistema trifásico equilibrado, las tres oscilaciones están desfasadas y su suma es exactamente constante. Un motor trifásico recibe entonces un par constante y gira suave, mientras que uno monofásico vibra al doble de la frecuencia de red. Es una de las razones por las que la industria usa trifásica aun cuando la potencia sería transportable en monofásica.
05Dónde aparece en la electrónica
| Caso | Qué se usa de esta unidad |
|---|---|
| Variador de velocidad de un motor | Rectifica la trifásica y la vuelve a sintetizar a otra frecuencia con transistores |
| Fuentes conmutadas en un edificio de oficinas | Sus armónicos de orden 3 se suman en el neutro en vez de cancelarse, y lo recalientan |
| Inversor de un sistema solar trifásico | Genera las tres fases a 120° sincronizadas con la red |
| Medidor de energía trifásico | Mide potencia en las tres fases, o en dos con el método de los dos vatímetros |
06En el laboratorio
Con un tablero trifásico de práctica y las protecciones correspondientes, medir con multímetro las tres tensiones de fase y las tres de línea. Verificar la relación \( \sqrt3 \).
Con el laboratorio de esta página y el neutro conectado, igualar las tres potencias y verificar que la corriente de neutro se anula. Después dejar una sola carga y verificar que el neutro lleva toda su corriente.
Para las cargas de 2000, 100 y 500 W con el neutro cortado, calcular a mano la tensión del punto común y la de cada carga, y comparar con el panel.
07Errores frecuentes
- Sumar las tensiones de fase como números. Son fasores a 120°: la de línea es \( \sqrt3 \) veces la de fase, no el doble.
- Creer que el neutro «no lleva nada». Solo con cargas perfectamente equilibradas y sin armónicos.
- Proteger el neutro con un fusible propio. Si se abre solo el neutro, el punto común flota y aparecen sobretensiones.
- Usar \( P = 3VI\cos\varphi \) con tensiones de línea. Con valores de línea es \( \sqrt3\,V_L I_L\cos\varphi \).
- Pensar que un corte de neutro solo apaga cosas. A la fase menos cargada le sube la tensión.
08Autoevaluación
¿Cuánto vale la tensión de línea de una red de 220 V de fase?
\( \sqrt3 \times 220 \approx 380 \) V.
¿Cuándo no circula corriente por el neutro?
Cuando las tres cargas son iguales y lineales: sus corrientes suman cero.
¿Qué pasa con la fase menos cargada si se corta el neutro?
El punto común se desplaza hacia la fase más cargada y la menos cargada recibe una tensión mayor que la nominal.
¿Por qué un motor trifásico gira más suave que uno monofásico?
Porque la potencia instantánea de un sistema trifásico equilibrado es constante.
¿Qué teorema da la tensión del punto común con el neutro cortado?
El de Millman.
09Para ampliar
- Charles K. Alexander y Matthew N. O. Sadiku. Fundamentals of Electric Circuits. 7.ª ed., McGraw-Hill, 2021. El capítulo de circuitos trifásicos, con cargas equilibradas y desequilibradas.
- Asociación Electrotécnica Argentina. Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en inmuebles (AEA 90364). AEA. La norma que rige las instalaciones en la Argentina, incluida la prohibición de seccionar el neutro por separado.
- Stephen J. Chapman. Máquinas eléctricas. 5.ª ed., McGraw-Hill. El apéndice de circuitos trifásicos, escrito para lo que después piden los motores.