Un sistema polifásico (el término acuñado por Silvanus Thompson ) es un medio de distribución de energía eléctrica de corriente alterna (CA) que utiliza más de una fase de CA , que se refiere al valor de compensación de fase (en grados) entre CA en múltiples cables conductores; Las fases también pueden referirse a los terminales y conductores correspondientes, como en los códigos de colores . Los sistemas polifásicos cuentan con dos o más conductores eléctricos energizados que transportan corrientes alternas con una fase definida entre las ondas de voltaje en cada conductor; Los primeros sistemas usaban 4 cables bifásicos con un ángulo de fase de 90° [1] pero para voltaje trifásico , el ángulo de fase es de 120° o 2π/3 radianes, como Mikhail Dolivo-Dobrovolsky había demostrado matemáticamente, esto reduce la fluctuación del campo magnético de 40% a apenas 15%. Los sistemas polifásicos son particularmente útiles para transmitir energía a motores eléctricos que dependen de corriente alterna para girar. El ejemplo más común es el sistema de energía trifásico utilizado para aplicaciones industriales y para transmisión de energía . En comparación con un sistema monofásico de dos hilos, un sistema trifásico de tres hilos transmite tres veces más potencia para el mismo tamaño de conductor y voltaje.
Los sistemas con más de tres fases se utilizan a menudo para sistemas rectificadores y de conversión de energía, y se han estudiado para la transmisión de energía.
En los inicios de la energía eléctrica comercial, algunas instalaciones utilizaban sistemas bifásicos de cuatro hilos para motores. La principal ventaja de estos era que la configuración del devanado era la misma que para un motor monofásico de arranque por condensador y, al utilizar un sistema de cuatro hilos, conceptualmente las fases eran independientes y fáciles de analizar con herramientas matemáticas disponibles en ese momento. [2]
Los sistemas bifásicos también se pueden implementar utilizando tres cables (dos "vivos" más un neutro común). Sin embargo, esto introduce asimetría; la caída de voltaje en el neutro hace que las fases no estén exactamente a 90 grados de distancia.
Los sistemas bifásicos han sido sustituidos por sistemas trifásicos. Se puede derivar un suministro bifásico con 90 grados entre fases a partir de un sistema trifásico utilizando un transformador conectado a Scott .
Un sistema polifásico debe proporcionar una dirección definida de rotación de fases, por lo que los voltajes de imagen especular no cuentan para el orden de las fases. Un sistema de 3 hilos con dos conductores de fase separados 180 grados sigue siendo monofásico. Estos sistemas a veces se describen como de fase dividida .
La energía polifásica es particularmente útil en motores de CA , como el motor de inducción , donde genera un campo magnético giratorio . Cuando un suministro trifásico o más completa un ciclo completo, el campo magnético de un motor de dos polos por fase ha girado 360° en el espacio físico; Los motores con más de dos polos por fase requieren más ciclos de suministro de energía para completar una revolución física del campo magnético y, por lo tanto, estos motores funcionan más lentamente. Los motores de inducción que utilizan un campo magnético giratorio fueron inventados de forma independiente por Galileo Ferraris y Nikola Tesla y desarrollados en forma trifásica por Mikhail Dolivo-Dobrovolsky en 1889. [3] Anteriormente, todos los motores comerciales eran de CC, con costosos conmutadores y escobillas de alto mantenimiento. y características no aptas para el funcionamiento en una red de corriente alterna. Los motores polifásicos son sencillos de construir, tienen arranque automático y tienen poca vibración en comparación con los motores monofásicos.
Una vez que se dispone de energía polifásica, se puede convertir a cualquier número deseado de fases con una disposición adecuada de transformadores. Por lo tanto, la necesidad de más de tres fases es inusual, pero se han utilizado números de fase superiores a tres.
Entre 1992 y 1995, New York State Electric & Gas operó una línea de transmisión de 6 fases de 93 kV de 1,5 millas convertida a partir de una línea de transmisión de 115 kV trifásica de doble circuito. El resultado principal fue que es económicamente favorable operar una línea trifásica de 115 kV de doble circuito existente como una línea sexta para distancias mayores de 23 a 28 millas. [4]
Se han propuesto diseños de generación de energía multifásicos con 5, 7, 9, 12 y 15 fases en conjunto con generadores de inducción multifásicos (MPIG) impulsados por turbinas eólicas. Un generador de inducción produce energía eléctrica cuando su rotor gira más rápido que la velocidad sincrónica . Un generador de inducción multifásico tiene más polos y, por tanto, una velocidad sincrónica más baja. Dado que la velocidad de rotación de una turbina eólica puede ser demasiado lenta para que una parte sustancial de su operación genere energía CA monofásica o incluso trifásica, los órdenes de fase más altos permiten que el sistema capture una porción mayor de la energía rotacional como energía eléctrica. . [ cita necesaria ]
La transmisión de energía de orden de fase alto (HPO) se ha propuesto con frecuencia como una forma de aumentar la capacidad de transmisión dentro de un derecho de vía de ancho limitado . [5] El espaciado requerido entre conductores está determinado por los voltajes entre fases, y la energía de seis fases tiene el mismo voltaje entre fases adyacentes que entre fase y neutro. Sin embargo, los voltajes entre conductores de fase no adyacentes aumentan a medida que aumenta la diferencia entre los ángulos de fase de los conductores. Los conductores se pueden disponer de modo que las fases no adyacentes estén más espaciadas que las fases adyacentes.
Esto permite que una línea de transmisión de doble circuito existente transporte más energía con cambios mínimos en la planta de cable existente. Esto es particularmente económico cuando la alternativa es actualizar una línea de transmisión de voltaje extra alto (EHV, más de 345 kV fase a fase) existente a estándares de voltaje ultra alto (UHV, más de 800 kV).
Por el contrario, la energía trifásica tiene voltajes entre fases iguales a √ 3 = 1,732 veces el voltaje entre fase y neutro.