Si las tensiones de alimentación de un motor no son idénticas entre sí, se tendrá la condición de desequilibrio de tensiones. Uno puede suponer que las tensiones de redes trifásicas son balanceadas, pero no siempre es así. De acuerdo a la norma ANSI C84.1-1995, Electrical Power Systems and Equipment Voltaje Ratings (60 Hz), solamente el 66% de las tensiones de distribución entregadas por las distribuidoras eléctricas a plantas industriales está dentro del 1% de desequilibrio de fases. Por otra parte, el 98% de las tensiones generadas en sistemas públicos de energía tienen menos de 3% de desequilibrio de tensiones. Solamente un 2% de las tensiones disponibles en las redes de distribución públicas tiene un desequilibrio mayor del 3%.

Las causas de desequilibrio corresponden a pérdidas de simetría de líneas de transmisión/distribución, presencia de grandes cargas monofásicas (hornos de arco o de inducción, soldadoras, etc.), bancos de condensadores con fallas internas de alguno de sus elementos, transformadores con delta abierto o conectados en estrella, equipos de protección y maniobra (interruptores, elementos térmicos, contactores) con una fase abierta, cargas desequilibradas en instalaciones vecinas, etc. Las condiciones internas de plantas que contribuyen al desequilibrio de tensiones incluyen cargas desequilibradas, transformadores sobrecargados, mala repartición de fases en tableros de fuerza y alumbrado, bancos de condensadores desequilibrados, reactores desintonizados, y cargas externas desequilibradas. El mensaje es claro: si tiene una red trifásica y no ha tomado las medidas para asegurar tensiones equilibradas, tiene grandes oportunidades de mejorar la eficiencia de sus máquinas.

Las normas NEMA MG1 de motores eléctricos y generadores, recomiendan limitar el desequilibrio a un máximo de 1%. Cuando las tensiones entre fases (RS – ST y TR) están desequilibradas, la corriente aumenta rápidamente en devanados del motor, y si se permite que estén presentes de forma permanente, se dañará el motor irremediablemente. Es posible operar un motor bajo condiciones de desequilibrio de tensiones, siempre que se realice un "derating" o disminución de la potencia que se saque por el eje de la máquina. De esta forma, por ejemplo, se tendrá la siguiente posible operación bajo desequilibrio de tensiones sin dañar la máquina:

La tabla mostrada es genérica, y para cada caso práctico, se debe remitir al catálogo del fabricante del motor. La tabla indica que, por ejemplo, para un desequilibrio de tensiones del 3%, se podrá sacar del eje del motor solamente un 88% de su potencia nominal.

Un conjunto de tensiones trifásicas desequilibradas por medio de la transformación de Fortescue (componentes simétricas), se descompone en tres conjuntos de tensiones simétricas equilibradas: un conjunto de secuencia positiva, uno de secuencia negativa y un conjunto de tensiones monopolares (secuencia cero). Esta transformación es lineal y se puede escribir cada tensión original como una combinación lineal de los tres sistemas de tensiones anteriores. Las amplitudes de las tensiones de secuencia positiva, negativa y cero no son iguales entre sí, y dependen del grado de desequilibrio que presenten las tensiones trifásicas reales. Sin embargo, como son sistemas simétricos, la tensión de secuencia positiva de la fase U será idéntica en magnitud que la tensión de secuencia positiva de las fases V y W (sistema trifásico denominado U-V-W). Un sistema trifásico real perfectamente equilibrado tendrá solamente tensiones de secuencia positiva.

d = secuencia directa (positiva) i = secuencia inversa (negativa) h = secuencia
homopolar (cero)

Figura 1. Sistemas de tensiones de secuencia. A la izquierda, se muestra el sistema de tensiones de secuencia positiva; al centro el sistema de tensiones de secuencia negativa, y a la derecha, el sistema de tensiones de secuencia cero.

Si se tiene un conjunto de tensiones trifásicas desequilibradas aplicadas a un motor, será como tener tres máquinas similares unidas por el eje y cada una alimentada con un conjunto simétrico de tensiones. Así, la máquina con tensiones de secuencia positiva girará en sentido positivo, la máquina con tensiones de secuencia negativa tenderá a girar en sentido contrario, mientras que la máquina con tensiones monopolares (secuencia cero), sólo producirá flujos unipolares y producirá torques con velocidades sincrónicas de un tercio de las del sistema.

Figura 2. Estos gráficos muestran las curvas Torque – velocidad de cada máquina alimentada por tensiones de secuencia. El torque total resultante es la suma de todas las curvas. La amplitud de cada torque individual es proporcional al valor cuadrado de las tensiones de cada secuencia, y se las muestra solamente a modo de ejemplo (no están necesariamente a escala).

Como el torque de secuencia negativa es de signo contrario al de secuencia positiva, la máquina tenderá a frenarse (intente usted acelerar su auto a la vez que acciona el freno de mano, ¿no se calentará el motor y los frenos?). Esta es la causa principal de calentamiento adicional de los motores. Por su parte, el torque monopolar contribuirá a producir oscilaciones de torque en algunos sectores de la curva torque–velocidad resultante, que la deformará y causará problemas de arranque y marcha.