¿Por qué la corriente no fluye a través del cable neutro en un sistema de carga equilibrada trifásica (por qué la corriente va a las otras fases en lugar del conductor neutro)?

Aquí hay una forma matemática de verlo. Primero, considere su circuito trifásico como tres circuitos monofásicos superpuestos:

La corriente neta en el conductor neutro será igual a la suma de las tres corrientes monofásicas. La corriente de la primera fase es:

[matemáticas] I_1 = I_0 \ cos \ omega t [/ matemáticas]

Y de manera similar para las otras dos fases, solo desplazadas 120 °:

[matemáticas] I_2 = I_0 \ cos (\ omega t + \ frac {2 \ pi} {3}) [/ matemáticas]

[matemáticas] I_3 = I_0 \ cos (\ omega t + \ frac {4 \ pi} {3}) [/ matemáticas]

Entonces la corriente neutral es solo la suma de estas tres corrientes:

[matemáticas] I_N = I_0 [\ cos \ omega t + \ cos (\ omega t + \ frac {2 \ pi} {3}) + \ cos (\ omega t + \ frac {4 \ pi} {3}) ][/matemáticas]

Podemos usar las identidades trigonométricas para expandir los dos últimos cosenos:

[matemáticas] I_N = I_0 (\ cos \ omega t + \ cos \ omega t \ cos \ frac {2 \ pi} {3} – \ sin \ omega t \ sin \ frac {2 \ pi} {3} + \ cos \ omega t \ cos \ frac {4 \ pi} {3} – \ sin \ omega t \ sin \ frac {4 \ pi} {3}) [/ math]

A continuación, podemos sustituir los valores reales de los senos constantes y cosenos (por ejemplo, [matemáticas] \ cos \ frac {2 \ pi} {3} = – \ frac {1} {2} [/ matemáticas]):

[matemáticas] I_N = I_0 (\ cos \ omega t – \ frac {1} {2} \ cos \ omega t – \ frac {\ sqrt {3}} {2} \ sin \ omega t – \ frac {1} {2} \ cos \ omega t + \ frac {\ sqrt {3}} {2} \ sin \ omega t) [/ math]

Y, como puede ver, todo se cancela:

[matemáticas] I_N = 0 [/ matemáticas]

Tenga en cuenta que esto depende de que la corriente tenga la misma magnitud en cada fase. Tan pronto como la corriente en una fase difiera de la de las otras, obtendrá una corriente neutra distinta de cero.

Aquí hay un gráfico que podría representar la corriente en cada una de las tres fases a medida que pasa el tiempo (tome los ángulos como tiempo).

Dibuja una línea vertical en este diagrama para representar un punto en el tiempo. Sume las corrientes de los tres pases en ese momento y verá que el total es cero.

Un ejemplo sencillo del primer pico en el diagrama: Fase 1 = 1 Amp y las fases 2, 3 son ambas -0.5 A. Súmelas y el total es cero.

¿Qué significa esto? En la fase 1 en este momento, algunos electrones fluyen del cable de la fase 1, al mismo tiempo que la mitad de los electrones necesitan fluir hacia el cable de la fase 2 y la fase 3. Entonces todos los electrones que llegan también se van. Esto significa que no hay electrones excedentes que tengan que regresar a través del cable neutro. Tampoco hay un déficit que debe ser suministrado por el cable neutro.

Si las fases están equilibradas, esto es cierto para cada instante en el tiempo, por lo que no hay necesidad de que fluya una corriente en el neutro. Si no están en equilibrio, habrá un exceso de electrones o un déficit y el cable neutro proporcionará / eliminará el exceso.

En el contexto de los sistemas de energía trifásicos, la descripción “equilibrada” es solo otra forma de decir que la corriente neutra es insignificantemente pequeña.

En un sistema trifásico, las fases tienen un ángulo de 120 grados entre sí. Suponiendo una vista basada en voltaje, si la carga está equilibrada (por lo tanto, muestra la misma impedancia para cada fase, la corriente sería del mismo valor y el mismo ángulo de fase, por lo tanto, tres mismos valores a 120 grados entre sí. Tal situación da como resultado un total de corriente de equilibrio cero. De hecho, toda la razón por la cual el centro de una carga en estrella a conectar a la línea neutral es una seguridad contra un caso de desequilibrio de carga, cuando la diferencia vectorial como la corriente de equilibrio necesita un camino para fluir de regreso a la fuente punto neutral

Si tenemos una corriente equilibrada en los tres cables, entonces no habrá corriente en el neutro porque el neutro está conectado con las tres fases en la conexión en estrella y si todas las fases tienen la misma corriente y tienen 120 diferencias de fase, entonces hay No habrá corriente de retorno.
Pero si su carga no está equilibrada, la corriente fluye a través del neutro y, en el lenguaje práctico, se indica como corriente de retorno.

No hay necesidad de un neutro en una carga equilibrada, por lo que solo necesitamos 4 conductores, que incluyen la tierra de seguridad. La corriente es la adición fasorial de las tres fases, que es cero en una carga equilibrada.

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