En un sistema trifásico, la energía se genera y distribuye mediante tres conductores de fase (más un neutro en algunos casos) que transportan tensiones desfasadas 120° eléctricos entre sí. Dependiendo de dónde se realice la medición —entre un conductor de fase y el neutro, o entre dos conductores de fase— se obtienen valores diferentes.
Comprender esta distinción es clave para el dimensionamiento de conductores, protecciones, transformadores y cargas.
Definiciones y nomenclatura
Tensión de fase (Vf o Vfn):
Es la tensión medida entre un conductor de fase y el neutro (o el centro de estrella del sistema). Se le denomina también tensión simple o tensión fase-neutro.
Tensión de línea (VL o VLL):
Es la tensión medida entre dos conductores de fase cualesquiera. Se denomina también tensión compuesta o tensión entre líneas.
Corriente de fase (If):
Es la corriente que circula por cada uno de los devanados o elementos de carga de una fase individual.
Corriente de línea (IL):
Es la corriente que circula por cada conductor de línea que va desde la fuente hasta la carga.
Nomenclatura habitual en normas y planos:
- L1, L2, L3 (o R, S, T / A, B, C): conductores de fase
- N: neutro
- Vfn: tensión fase-neutro
- VLL: tensión línea-línea
- IL: corriente de línea
- If: corriente de fase
- φ (phi): ángulo de desfase, usado en cos φ (factor de potencia)
Comparación entre configuración estrella y delta
En sistemas trifásicos existen dos configuraciones básicas de conexión, y la relación entre tensión/corriente de fase y de línea depende de cuál se use:
Conexión estrella (Y)
- El punto común de las tres fases forma el neutro (N).
- Tensión: VL = √3 × Vf (aprox. 1.732 × Vf). Por ejemplo, con Vf = 220 V, VL = 380 V.
- Corriente: IL = If (la corriente de línea es igual a la de fase, porque cada línea conduce la corriente de un solo devanado).
- Permite disponer de dos niveles de tensión (fase-neutro y fase-fase), típico en redes de distribución de baja tensión.
Conexión delta (Δ)
- Los devanados se conectan en un lazo cerrado, sin punto neutro accesible.
- Tensión: VL = Vf (la tensión de línea es igual a la de fase, porque cada línea conecta directamente los extremos de un devanado).
- Corriente: IL = √3 × If (la corriente de línea resulta de la composición vectorial de las corrientes de dos devanados).
- Se usa mucho en el lado de alta tensión de transformadores y en motores trifásicos, donde no se requiere neutro.
Tabla resumen
| Parámetro | Estrella (Y) | Delta (Δ) |
|---|---|---|
| Tensión de línea | VL = √3 × Vf | VL = Vf |
| Corriente de línea | IL = If | IL = √3 × If |
| Punto neutro | Disponible | No disponible |
| Uso típico | Distribución BT, cargas monofásicas balanceadas | Motores, secundarios de transformadores, cargas trifásicas equilibradas |
Aplicaciones prácticas
- Redes de distribución domiciliaria (220/380 V): conexión estrella con neutro, permite alimentar cargas monofásicas (220 V fase-neutro) y trifásicas (380 V fase-fase) desde el mismo sistema.
- Motores trifásicos: la placa de datos indica dos valores de tensión (ej. 220/380 V) correspondientes a conexión delta y estrella respectivamente; el bobinado se conecta según la tensión de red disponible (arranque estrella-delta para reducir corriente de arranque).
- Transformadores de distribución: configuraciones Dyn11, Yzn5, etc., combinan estrella y delta en primario/secundario según se necesite neutro, reducción de armónicos o adaptación de tensión.
- Cálculo de potencia trifásica: independiente de la conexión, la potencia activa se calcula como P = √3 × VL × IL × cos φ, ya que las relaciones de fase/línea se compensan en la fórmula.
Tabla comparativa: Conexión estrella (Y) vs. conexión triángulo/delta (Δ)
| Concepto | Conexión estrella (Y) | Conexión triángulo (Δ) |
|---|---|---|
| Tensión de fase (Vf) | Es la tensión entre un conductor de fase y el neutro. Ej: 220 V | Es la tensión entre los dos extremos de un devanado, igual a la tensión de línea. Ej: 380 V |
| Tensión de línea (VL) | VL = √3 × Vf (aprox. 1.732 veces la tensión de fase). Ej: 220 V × √3 = 380 V | VL = Vf (la tensión de línea es igual a la de fase). Ej: 380 V |
| Corriente de fase (If) | Es la misma que circula por cada línea (If = IL) | Es la corriente que circula por cada devanado, menor que la de línea |
| Corriente de línea (IL) | IL = If (igual a la corriente de fase, ya que cada línea alimenta un solo devanado) | IL = √3 × If (resultado de la composición vectorial de las corrientes de dos devanados) |
| Ejemplo práctico | Red de distribución 220/380 V: un edificio residencial toma 220 V fase-neutro para enchufes y 380 V fase-fase para equipos trifásicos (ej. bomba de agua) | Motor trifásico de 380 V conectado en triángulo: cada devanado recibe 380 V, y la corriente de línea que llega desde el tablero es √3 veces mayor que la que circula por cada bobinado |
| Uso típico | Redes de distribución en baja tensión, alimentación de cargas mixtas (monofásicas y trifásicas), secundarios de transformadores de distribución (ej. Dyn11) | Motores trifásicos de media/alta potencia, arranque estrella-triángulo, primarios de transformadores de distribución, cargas trifásicas equilibradas sin necesidad de neutro |
Para reforzar la idea el arranque estrella-triángulo (Y-Δ) es uno de los métodos más utilizados para reducir la corriente de arranque en motores asíncronos trifásicos de rotor jaula de ardilla, especialmente en potencias medias/altas donde un arranque directo generaría una punta de corriente excesiva para la red o las protecciones.
Principio de funcionamiento
El motor debe estar diseñado para trabajar en triángulo a la tensión nominal de la red (por ejemplo, un motor 220/380 V trabajando en una red de 380 V se conecta en triángulo). Esto implica que el motor tenga 6 bornes accesibles en la placa de conexiones (U1-V1-W1 / U2-V2-W2).
La secuencia de arranque es:
- Etapa estrella: el motor arranca conectado en estrella. Cada devanado recibe solo Vf = VL/√3 (por ejemplo, 220 V en vez de 380 V). Esto reduce la corriente de arranque a 1/3 de la que tomaría en arranque directo, pero también reduce el par de arranque a 1/3 del par nominal (el par es proporcional al cuadrado de la tensión).
- Transición temporizada: tras un tiempo ajustado (normalmente cuando el motor alcanza ~75-85% de su velocidad nominal), se desconecta la conexión estrella.
- Etapa triángulo: se conecta el motor en triángulo, quedando en su condición de funcionamiento normal con la tensión plena de línea en cada devanado.
Diagrama de secuencia
Contactores involucrados
El esquema de fuerza típico usa 3 contactores:
- KL (línea): conecta la red a los devanados U1-V1-W1, permanece cerrado durante todo el arranque y funcionamiento.
- KY (estrella): cortocircuita los bornes U2-V2-W2 formando el punto neutro artificial. Solo actúa en la etapa de arranque.
- KD (triángulo): conecta U2-V2-W2 a las líneas correspondientes (W2 a L1, U2 a L2, V2 a L3) formando el triángulo. Se cierra tras la transición.
Enclavamiento obligatorio: KY y KD nunca deben estar cerrados simultáneamente, ya que provocaría un cortocircuito entre fases. Por eso se usa enclavamiento eléctrico (contactos NC cruzados) y mecánico entre ambos contactores, además de un breve tiempo muerto (30-50 ms) entre la apertura de KY y el cierre de KD para evitar transitorios de conmutación.
Relaciones eléctricas clave
| Magnitud | Arranque directo | Arranque estrella-triángulo |
|---|---|---|
| Corriente de arranque | Ia (100%) | ≈ Ia / 3 (33%) |
| Par de arranque | Ta (100%) | ≈ Ta / 3 (33%) |
| Tensión por devanado | VL | VL / √3 |
Esta reducción a un tercio surge de que la corriente y el par dependen del cuadrado de la tensión aplicada: (1/√3)² = 1/3.
Ventajas y limitaciones
Ventajas:
- Bajo costo comparado con arrancadores electrónicos (soft-starter) o variadores de frecuencia.
- Reduce significativamente la caída de tensión en la red durante el arranque.
- Solución robusta y de fácil mantenimiento (contactores electromecánicos).
Limitaciones:
- Requiere que el motor esté bobinado para trabajar en triángulo a la tensión de red (6 bornes accesibles).
- El par reducido en la etapa estrella puede ser insuficiente para arranques con carga o alta inercia (bombas centrífugas, ventiladores livianos son ideales; cintas transportadoras cargadas o compresores pueden no arrancar).
- Se produce un pico de corriente transitorio en la conmutación estrella→triángulo (golpe de transición), aunque menor que el arranque directo.
Uso típico
Motores de media potencia (típicamente entre 5.5 kW y 100-150 kW aprox.), bombas centrífugas, ventiladores, compresores de tornillo sin carga al arranque, y en general aplicaciones donde la red no admite la corriente de un arranque directo pero no se justifica el costo de un variador de frecuencia.
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