Voltaje de línea y de fase: diferencia y relación
En este breve artículo, sin entrar en la historia de las redes de corriente alterna, entenderemos la relación entre la tensión de fase y la de línea. Responderemos a las preguntas de qué es el voltaje de fase y qué es el voltaje de línea, cómo se relacionan entre sí y por qué estas relaciones son exactamente iguales.
No es ningún secreto que hoy en día la electricidad de las plantas generadoras de energía se entrega a los consumidores a través de líneas eléctricas de alto voltaje con una frecuencia de 50 Hz. En las subestaciones transformadoras, la alta tensión sinusoidal se reduce y distribuye a los consumidores a 220 o 380 voltios. En algún lugar la red es monofásica, en algún lugar trifásica, pero averigüémoslo.
RMS y voltaje pico
En primer lugar, notemos que cuando dicen 220 o 380 voltios, se refieren a los valores efectivos de los voltajes, desde un punto de vista matemático: voltajes rms... ¿Qué significa?
Esto significa que en realidad la amplitud Um (máxima) de la tensión sinusoidal, Umph de fase o Uml lineal, es siempre mayor que este valor efectivo.Para un voltaje sinusoidal, su amplitud es mayor que el valor efectivo con la raíz 2 veces, es decir, 1,414 veces.
Entonces, para un voltaje de fase de 220 voltios, la amplitud es de 310 voltios, y para un voltaje de línea de 380 voltios, la amplitud será de 537 voltios. Y si tenemos en cuenta que el voltaje en la red nunca es estable, entonces estos valores pueden ser más bajos o más altos. Esta circunstancia hay que tenerla siempre en cuenta, por ejemplo, a la hora de elegir condensadores para un motor asíncrono trifásico.
Tensión de línea de fase
Los devanados del generador están conectados y conectados con los extremos X, Y y Z en un punto (en el centro de la estrella) que se denomina punto neutro o cero del generador. Este es un circuito trifásico de cuatro hilos. Los conductores de línea L1, L2 y L3 están conectados a los terminales de las bobinas A, B y C, y el conductor neutro N está conectado al punto neutro.
Los voltajes entre el terminal A y el punto cero, B y el punto cero, C y el punto cero, se denominan voltajes de fase, se denotan por Ua, Ub y Uc, pero como la red es simétrica, simplemente puede escribir Uph — voltaje de fase.
En las redes trifásicas de corriente alterna en la mayoría de los países, el voltaje de fase estándar es de aproximadamente 220 voltios, el voltaje entre el conductor de fase y el punto neutro, que generalmente está conectado a tierra, y se supone que su potencial es cero, por lo que es también llamado punto neutro.
Tensión de línea de una red trifásica
Las tensiones entre el borne A y el borne B, entre el borne B y el borne C, entre el borne C y el borne A se denominan tensiones de línea, es decir, son las tensiones entre los conductores de línea de una red trifásica. Están etiquetados como Uab, Ubc, Uca o simplemente puede escribir Ul.
El voltaje de red estándar en la mayoría de los países es de aproximadamente 380 voltios.En este caso es fácil ver que 380 es 1,727 veces mayor que 220 y, despreciando las pérdidas, está claro que esa es la raíz cuadrada de 3, es decir 1,732. Por supuesto, el voltaje de la red fluctúa todo el tiempo en una dirección u otra dependiendo de la carga actual de la red, pero la relación entre los voltajes de línea y de fase es exactamente la misma.
¿De dónde viene la raíz de 3?
El método de imagen vectorial se usa a menudo en ingeniería eléctrica. voltajes y corrientes sinusoidalmente variables en el tiempo.
La gráfica de la dependencia de la magnitud de la proyección con el tiempo es una sinusoide. Y si la amplitud del voltaje es la longitud del vector U, entonces la proyección que cambia con el tiempo es el valor actual del voltaje, y la sinusoide refleja la dinámica del voltaje.
Entonces, si ahora dibujamos un diagrama vectorial de voltajes trifásicos, resulta que hay ángulos iguales de 120 ° entre los vectores de las tres fases, y luego si las longitudes del vector son los valores efectivos \u200bde los voltajes de fase Uph, luego para encontrar los voltajes de línea Ul, es necesario calcular la DIFERENCIA de cada par de vectores con dos voltajes de fase. Por ejemplo, Ua — Ub.
Habiendo completado la construcción por el método del paralelogramo, veremos que el vector Ul = Ua + (-Ub) y como resultado Ul = 1.732Uf. De aquí resulta que si los voltajes de fase estándar son de 220 voltios, los lineales correspondientes serán iguales a 380 voltios.