Configuraciones delta y estrella (Δ - Y)

Resulta curioso cómo es que, ha pesar de haber realizado un gran número de artículos referentes a motores eléctricos, siempre hay más información por desarrollar y ese es uno de los motivos de esta publicación, demostrar el gran número de posibilidades dentro de estas máquinas para lograr su funcionamiento de forma correcta y de acuerdo a nuestras necesidades.

En un artículo anterior mencionamos que uno de los tipos de arranque es el llamado estrella-delta (Y-Δ o Y-Triángulo) donde el cambio de configuración se realiza mediante contactores que se activan y desactivan de acuerdo a la cantidad de corriente que fluye en el circuito. Esto nos lleva a las preguntas a resolver en este artículo: ¿A qué se refieren este tipo de conexiones? ¿Cuáles son las diferencias entre ellas? Y quizá la más importante ¿En qué momento se deben utilizar?

Conexión Delta (Δ)

Lo principal a destacar es que este tipo de configuraciones aplican única y exclusivamente a motores trifásicos pues la naturaleza oscilatoria de las corrientes alternas y el desfasamiento que existe entre ellas, permiten que las bobinas de la máquina se energicen de forma secuencial, permitiendo así el giro del mismo.

Fig. 1: Diagramas de conexión delta.

Como ya mencionamos, la configuración delta es un sistema de conexiones donde el final de un embobinado se conecta directamente con el siguiente y en cada vértice se suministra la alimentación de fase. Esto permitiría pensar en que estamos realizando un corto circuito, sin embargo, debido a que cerramos una malla eléctrica al hacer esta configuración, la suma algebraica de las tensiones resulta ser cero cuando las impedancias de las bobinas son iguales.

Considerando lo anterior, resulta obvio pensar que los voltajes de fase son iguales a los voltajes de línea. sin embargo, cuando analizamos las corrientes encontramos que las corrientes de línea son √3 veces las corrientes de fase pues haciendo una proyección vectorial entre las componentes de un sistema de corriente encontramos que este valor resulta ser una constante independientemente de sus intensidades.

Fig. 2: Proyecciones vectoriales de corrientes en configuración Delta.

Debido a la forma en que se realizan las conexiones, este tipo de configuración no requiere de un neutro en el sistema.

Conexión estrella (Y)

De igual manera que la configuración anterior, el método estrella es un sistema de conexión para motores trifásicos con la peculiaridad de que cada fase de alimentación es conectada a las terminales de los embobinados, los cuales tienen un punto en común al centro donde se conecta el neutro del sistema para cerrar la malla eléctrica.

Fig. 3: Diagramas de conexión estrella

De forma análoga a la configuración anterior, la proyección vectorial de las tensiones compuestas de las fases permite hacer una proyección vectorial donde obtenemos que la relación voltaje de línea y voltaje de fase está multiplicada por un factor de √3 y, como las líneas pueden considerarse como circuitos monofásicos independientes donde los elementos están conectados en serie, la corriente de fase es idéntica a la corriente de línea.

Fig. 4: Proyecciones vectoriales de voltajes en configuración estrella.

Diferencias

Si bien ya hemos enunciado las diferencias principales que, más que solo ser la forma en que se conectan las fases a las terminales de cada circuito, podemos resumirlas en los siguientes puntos:

En un sistema estrella, el voltaje de línea es VL = √3Vf  mientras que en un sistema delta VL=Vf.

En un sistema delta, la corriente de línea es VL = √3Vf mientras que en un sistema estrella VL = Vf.

Los sistemas en estrella requieren un menor nivel de aislamiento debido a que el voltaje de fase es menor al de línea donde se manejan voltajes de hasta 220 [V], mientras que una configuración delta requiere mayor aislamiento porque las tensiones son las mismas recibiendo alimentaciones de hasta 440 [V].

Una ventaja de la conexión delta es su habilidad para no afectar el funcionamiento del sistema ante el fallo de alguna de las fases pues la configuración estrella es susceptible a fallas y desconexiones debido a que las fuentes de alimentación trabajan de forma independiente, necesitando siempre un cable neutro.

Aplicaciones

¿Recuerdas que al principio de este artículo mencionamos el método de arranque estrella-delta? este método recibe este nombre porque se realiza un cambio de configuración cuando se supera cierto nivel de corriente.

Se inicia con la configuración en estrella pues esta proporciona un mayor torque al consumir una menor cantidad de corriente. Cuando se alcanza un valor estable de corriente y, por lo tanto, de velocidad, la configuración cambia a delta pues así se permitirá un aumento en la velocidad del rotor pues la tensión de línea será igual a la de fase.

Fig. 5: Diagrama de potencia para arranque estrella-delta.

Adicional a lo anterior, las conexiones en estrella se utilizan en redes de transmisión que cubrirán largas distancias mientras que una conexión delta suele ser utilizada para transportar energía en distancias cortas.

Conclusiones

Cuando tratamos con motores eléctricos, siempre hay un sinfín de métodos para obtener un funcionamiento que resulte adecuado para nuestras necesidades pues mientras en algunos casos basta con realizar la conexión más sencilla posible que baste solo para obtener un encendido y apagado a nuestro criterio y, habrá aplicaciones más complejas donde deberemos utilizar las distintas herramientas teóricas y prácticas de las cuales podamos valernos con el fin de realizar una puesta en marcha eficaz donde se cumpla el trabajo a un bajo costo y, obviamente, sin dañar los equipos.

En lo que se refiere a las configuraciones revisadas en este artículo, encontramos que resultan ser análogas en lo que a sus especificaciones se refiere pues la diferencia (o igualdad) entre los valores de línea y fase mantienen una relación similar al analizar sus corrientes y voltajes. Esto repercute en los sistemas de alimentación pues dependerá de nosotros y de la confiabilidad del sistema, que le exijamos a éste una mayor o menor cantidad de energía según sea el caso.

En un próximo artículo volveremos a revisar estos conceptos con el fin de entender cómo se deben hacer las conexiones en los motores basándonos en la información que nos indique su placa de información y, además, automatizaremos el arranque.

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-AHN