Por Kevin Beck
Actualizado el 24 de marzo de 2022
teptong/iStock/GettyImages
En Estados Unidos, la mayoría de los hogares reciben energía monofásica de la empresa de servicios públicos local. La electricidad generada en las centrales eléctricas, sin embargo, se produce en forma trifásica. Las líneas de transmisión de alto voltaje transportan este suministro trifásico a través de largas distancias, luego los transformadores reductores reducen el voltaje antes de entregarlo a los vecindarios.
La energía monofásica es adecuada para los electrodomésticos cotidianos, pero los equipos industriales, como los grandes motores y compresores, a menudo requieren la salida constante y continua de un sistema trifásico. Si su propiedad solo tiene servicio monofásico, aún puede hacer funcionar maquinaria trifásica con el convertidor adecuado.
Este artículo es sólo para fines educativos. Nunca altere ni experimente con el cableado eléctrico a menos que sea un electricista calificado. Una manipulación incorrecta puede provocar lesiones graves o la muerte.
Piense en tres osciladores idénticos que están desfasados 120°. Cuando se representan, sus voltajes se superponen de modo que la suma algebraica en cualquier instante es cero. Sin embargo, debido a que la potencia depende del cuadrado del voltaje, el sistema combinado ofrece una salida de potencia constante distinta de cero. Por este motivo, el suministro trifásico es ideal para motores grandes que necesitan un par suave e ininterrumpido.
Matemáticamente, la potencia se calcula como:
P =V 2 /R
Aquí, V es el voltaje instantáneo y R es la resistencia de carga. Incluso cuando el voltaje instantáneo es negativo, elevarlo al cuadrado produce una contribución positiva a la potencia total.
Un suministro monofásico oscila entre voltajes positivos y negativos, pasando por cero 120 veces por segundo (60 Hz). En esos cruces por cero, la potencia instantánea cae a cero, pero el rápido retorno mantiene los pequeños electrodomésticos funcionando sin problemas. Sin embargo, los motores grandes dependen de un flujo de energía continuo y pueden detenerse cuando el voltaje llega brevemente a cero.
Cuando necesita operar un motor trifásico pero solo tiene servicio monofásico, existen varias opciones de conversión. Cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de costo, eficiencia y vida útil del motor.
Un convertidor estático utiliza condensadores para generar una tercera fase sintética. El motor puede arrancar con alimentación monofásica y luego el convertidor suministra la fase faltante para mantenerlo en funcionamiento. Si bien es económico, reduce la vida útil del motor hasta en un 20 % debido a las demandas de potencia reactiva.
Este dispositivo combina un motor loco y un generador integrado. Una vez que el tensor está en funcionamiento, crea una verdadera salida trifásica que puede alimentar la carga con una pérdida mínima. Los convertidores rotativos son más robustos que los estáticos, pero son más voluminosos y requieren una rutina de mantenimiento independiente.
Un VFD utiliza tecnología de inversor de potencia para sintetizar CA a cualquier frecuencia y voltaje deseados. Al ajustar la forma de onda de salida, puede emular un verdadero suministro trifásico, ofreciendo el mejor rendimiento del motor y eficiencia energética. Los VFD son la solución más sofisticada pero tienen un precio más alto.
Cada método de conversión tiene sus propias ventajas y la mejor opción depende de la demanda de energía de su aplicación, el presupuesto y la vida útil deseada de su equipo.
