La fuente de alimentación de corriente alterna (CA) es el método estándar para suministrar electricidad a hogares, empresas e instalaciones industriales. Los niveles de voltaje y las configuraciones de fase difieren según la aplicación. En este artículo, haremos lo siguiente:
✅ Explicar las características de la forma de onda de los sistemas monofásicos de 120 V, férsicos divididos de 120 V/240 V y trifásicos de 120 V/208 V.
✅ Ilustrar las formas de onda de voltaje sinusoidal para cada sistema
✅ Demostrar cómo se realizan los cálculos de voltaje para diferentes configuraciones
1. Forma de onda de CA monofásica de 120 V
🔹 Comúnmente utilizado para:
✔ Enchufes domésticos estándar
✔ Circuitos de iluminación
✔ Pequeños electrodomésticos
Características:
- Voltaje RMS: 120V
- Cálculo de voltaje máximo:
$$V_{\text{pico}} = V_{\text{RMS}} \times \sqrt{2} = 120V \times 1.414 = 170V$$ - Frecuencia: 60 Hz (un ciclo completo cada 16,67 ms)
- El voltaje oscila entre +170 V y -170 V
En la siguiente figura se muestra el Onda sinusoidal de 120 V CA:
2. Forma de onda de CA de fase dividida de 120 V / 240 V
🔹 Comúnmente utilizado para:
✔ Sistemas eléctricos residenciales
✔ Electrodomésticos de alta potencia (hornos eléctricos, HVAC, calentadores de agua, cargadores de vehículos eléctricos)
How it works:
- Un transformador con toma central proporciona dos cables calientes (L1 y L2) y un neutro (N).
- L1 a neutro (120 V), L2 a neutro (120 V) y L1 a L2 (240 V).
- L1 y L2 están desfasados 180°, lo que significa que sus formas de onda son exactamente opuestas.
Cálculo de voltaje para 240V:
$$V_{\text{pico}} = 240V \times \sqrt{2} = 339V$$
La siguiente figura ilustra la Onda sinusoidal de fase dividida de 120 V/240 V:
3. Forma de onda de CA trifásica en estrella de 120 V / 208 V
🔹 Comúnmente utilizado para:
✔ Edificios comerciales
✔ Edificios residenciales de varias unidades
✔ Centros de datos e infraestructura de TI
How it works:
- A transformador trifásico en estrella Proporciona L1, L2, L3 y neutro (N).
- Cada fase a neutro (L1-N, L2-N, L3-N) es de 120V.
- Cada par de fases (L1-L2, L2-L3, L1-L3) es de 208 V debido al cambio de fase de 120°.
Cálculo de voltaje para 208V:
$$V_{\text{L1-L2}} = V_{\text{L1-N}} + V_{\text{L2-N}} = 120V + 120V = 240V$$
$$V_{\text{Línea}} = V_{\text{Fase}} \times \sqrt{3} = 120V \times 1.732 = 208V$$
La siguiente figura ilustra la Ondas sinusoidales trifásicas trifásicas de 120 V/208 V:
4. Visualización de las formas de onda de voltaje
A continuación se muestran las formas de onda trazadas para Sistemas de CA monofásicos de 120 V, bifásicos de 120 V/240 V y trifásicos de 120 V/208 V.
📌 Observaciones clave de los gráficos:
- 120V Monofásico: Una onda sinusoidal que oscila entre +170 V y -170 V.
- Enchufe doméstico estándar, 60Hz, onda sinusoidal, Voltaje pico 170V.
- El ciclo de CA es de 16,67 ms (1/60 Hz).
- 120V/240V Fase Dividida: L1 y L2 son 180° desfasadoproductor 240 V a través de L1-L2.
- L1 y L2 difieren en 180°, lo que da como resultado un voltaje diferencial de 240 V.
- L1→N y L2→N son ambos de 120 V, L1→L2 forma el Fuente de alimentación de 240 V para dispositivos de alta potencia (como cargadores de vehículos eléctricos, acondicionadores de aire).
- Estrella trifásica de 120 V/208 V: L1, L2 y L3 son Separación de 120°Formando 208 V entre dos fases cualesquiera.
- L1, L2, L3 difieren en 120°.
- L1, L2, L3 → neutro = 120 V para cargas monofásicas (iluminación, equipos de oficina).
- L1 → L2, L2 → L3, L1 → L3 = 208 V para cargas trifásicas (motores, HVAC comercial).
5. ¿Por qué es importante comprender las formas de onda de voltaje?
Comprender las formas de onda de voltaje de CA es crucial para Diseño de sistemas eléctricos, equilibrado de cargas y mejora de la eficiencia energética.
💡 Aplicaciones prácticas:
✔ Propietarios de viviendas y electricistas – Elegir el voltaje adecuado para los electrodomésticos
✔ Dueños de negocios – Optimización de la eficiencia energética en espacios comerciales
✔ Centros de datos y fábricas – Garantizar una distribución equilibrada de la energía trifásica
🔹 Elegir el monitor de energía inteligente adecuado:
| Medidor inteligente | Lo mejor para | Sistema de voltaje compatible |
|---|---|---|
| WattNet-3 | Monitorización general de energía trifásica | 120/208 V, 277/480 V trifásico (estrella) |
| WattPanel-3X | Monitorización avanzada de carga multicanal | 120/208 V, 277/480 V trifásico |
📌 El monitoreo de formas de onda de voltaje y corriente con medidores inteligentes garantiza una distribución óptima de la energía y ahorros de costos.
6. Conclusión: Optimización del uso de la energía en función de los sistemas de voltaje
Comprensión Formas de onda de 120 V, 120 V/240 V y 120 V/208 V permite mejorar Equilibrio de carga, eficiencia energética y diseño de sistemas eléctricos.
✅ Key Takeaways:
- 120V Monofásico: Estándar para tomas de corriente domésticas y pequeños electrodomésticos.
- 120V/240V Fase Dividida: Se utiliza en hogares residenciales para cargas de alta potencia.
- 120V/208V trifásico: Común en edificios comerciales, equilibrando la energía de manera eficiente.
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