En ingeniería eléctrica, la energía eléctrica monofásica (abreviada como 1φ ) es la distribución de energía eléctrica de corriente alterna mediante un sistema en el que todos los voltajes de la fuente varían al unísono. La distribución monofásica se utiliza cuando las cargas son principalmente iluminación y calefacción, con pocos motores eléctricos grandes. Una fuente monofásica conectada a un motor eléctrico de corriente alterna no produce un campo magnético giratorio; los motores monofásicos necesitan circuitos adicionales para el arranque (motor de arranque por condensador) y dichos motores son poco comunes por encima de los 10 kW de potencia nominal.
Debido a que el voltaje de un sistema monofásico alcanza un valor pico dos veces en cada ciclo, la potencia instantánea no es constante.
Las frecuencias estándar de los sistemas eléctricos monofásicos son 50 o 60 Hz . Las redes eléctricas de tracción monofásicas especiales pueden funcionar a 16,67 Hz u otras frecuencias para alimentar ferrocarriles eléctricos. [1]
La transmisión de energía monofásica tardó muchos años en desarrollarse. Los primeros desarrollos se basaron en las primeras invenciones de alternadores del científico parisino del siglo XIX Hippolyte Pixii , que luego fueron ampliadas por Lord Kelvin y otros en la década de 1880. El primer sistema de energía de CA completo, basado en corriente alterna monofásica, fue creado por William Stanley con el apoyo financiero de Westinghouse en 1886. En 1897, comenzaron los experimentos para la transmisión de energía monofásica. [2]
En América del Norte, las residencias individuales y los edificios comerciales pequeños con servicios de hasta aproximadamente 100 kVA (417 amperios a 240 voltios) generalmente tendrán una distribución monofásica de tres cables , especialmente en áreas rurales donde las cargas de los motores son pequeñas y poco comunes. En áreas rurales donde no hay suministro trifásico disponible, los agricultores o los hogares que deseen utilizar motores trifásicos pueden instalar un convertidor de fase . Los consumidores más grandes, como edificios grandes, centros comerciales, fábricas, bloques de oficinas y bloques de apartamentos de varias unidades, tienen servicio trifásico. En áreas densamente pobladas de las ciudades, se utiliza la distribución de energía de red con muchos clientes y muchos transformadores de suministro conectados para proporcionar cientos o miles de kilovoltamperios, una carga concentrada en unos pocos cientos de metros cuadrados.
Los sistemas de alta potencia, de cientos de kilovoltios-amperios o más [¿ según quién? ] , son casi siempre [ ¿ cuándo? ] trifásicos. [ cita requerida ] El suministro más grande normalmente [ aclaración necesaria ] disponible como monofásico varía según los estándares de la compañía eléctrica. En el Reino Unido, un suministro doméstico monofásico puede tener una potencia nominal de 100 A o incluso 125 A, lo que significa que hay poca necesidad de trifásico en un entorno doméstico o comercial pequeño. Gran parte del resto de Europa ha tenido tradicionalmente límites mucho menores en el tamaño de los suministros monofásicos, lo que da como resultado que incluso las casas se abastecan con trifásico (en áreas urbanas con redes de suministro trifásicas).
Si un equipo de calefacción diseñado para un sistema de 240 voltios se conecta a dos fases de un suministro de 208 voltios, producirá solo el 75 % de su efecto de calefacción nominal. Los motores monofásicos pueden tener tomas que permitan su uso con un suministro de 208 voltios o de 240 voltios.
Una carga monofásica puede alimentarse directamente desde un transformador de distribución trifásico de dos maneras: mediante la conexión entre una fase y el neutro o mediante la conexión entre dos fases. Estas dos proporcionan diferentes voltajes a partir de una fuente de alimentación determinada. Por ejemplo, en un sistema trifásico 120/208, que es común en América del Norte, el voltaje fase-neutro es de 120 voltios y el voltaje fase-fase es de 208 voltios. Esto permite que la iluminación monofásica se conecte fase-neutro.
La energía monofásica puede utilizarse para ferrocarriles eléctricos ; el generador monofásico más grande del mundo, en la planta de energía nuclear de Neckarwestheim , abastece un sistema ferroviario en una red de energía de tracción dedicada .
Por lo general , se utiliza un tercer conductor, llamado tierra (o "tierra de seguridad") (EE. UU.) o tierra de protección (Reino Unido, Europa, IEC), como protección contra descargas eléctricas y, por lo general, transporta una corriente significativa solo cuando hay una falla en el circuito. [1] Se utilizan varios sistemas de puesta a tierra diferentes . En algunas áreas rurales extremas se utiliza una distribución de retorno a tierra de un solo cable .
La energía monofásica a veces se divide por la mitad en el transformador de distribución del devanado secundario para crear energía eléctrica de fase dividida para electrodomésticos e iluminación. [1]