Analisis de Circuitos Polifasicos

Pedro Hernández Quiterio

4ta Unidad Análisis de Circuitos Polifásicos

Temario: 4.1 Conexiones delta y estrella 4.2 Transformaciones delta-estrella y estrelladelta 4.3 Cargar trifásicas balanceadas 4.4 Análisis por fases de circuitos trifásicos 4.5 Potencia trifásica compleja, aparente, real y reactiva. 4.6 Circuitos trifásicos desbalanceados 4.7 Métodos para medición de potencia trifásica 4.8 Aplicación de software para el análisis y solución de circuitos

Concepto de energía Para entender que es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de energía que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera se mide en “Joule” y se representa con “J”.

Potencia eléctrica Potencia es la velocidad a la que se consume la energía si la energía fuese un liquido la potencia seria los litros por segundo (d/seg) y se representa por “P”. Un (d/seg) equivale a un watt por tanto cuando se consume 1 joule de p otencia en un segundo estamos gastando o consumiendo 1 watt de potencia eléctrica “P” es el watt y se representa con la letra “W”

Diferentes tipos de potencia En un circuito eléctrico de corriente eléctrica alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencia eléctrica diferente.

El triangulo de potencia que forma la potencia activa, reactiva y aparente. El ángulo que se aprecia entre la potencia aparente y la activa se denomina coseno de “fi” o “factor de potencia” y lo crea la potencia reactiva. A mayor potencia reactiva, mayor será esa ángulo y menos eficiente será el equipo al que le correspondan.

Potencia Activa Es la potencia en la que el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo, los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Los múltiplos más utilizados del watt son: e l kilowatt (Kw) y el mega watt (Mw). La forma matemática para hallar la potencia activa que consume un aparato eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente P= V*I*cos

Φ

De donde: P= Potencia de consumo eléctrico expresado en watt (W) I= Intensidad de corriente que fluye por el circuito en Ampere (A)

Cos Φ= valor del factor de potencia o coseno de “F” Potencia reactiva Potencia disipada por las cargas reactivas (inductores y capacitores) se pone de manifiesto cuando existe un trasiego de energía entre los receptores y la fuente provoca pérdidas en los conductores, caídas de tensión en la misma y un consumo de energía suplementario que no es aprovechable directamente por los receptores. “La potencia reactiva esta en el eje imaginario (Y) y la activa en el eje real (X) por lo cual forma un triangulo cuya magnitud de la hipotenusa es denominada potencia aparente” La unidad de medida de la potencia reactiva es el Volt-Ampere Reactivo (VAR) La formula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es el siguiente:

De Donde: Q= valor de la carga reactiva o inductancia en Volt-Ampere Reactiva (VAR) S= valor de la potencia aparente total expresada en Volt-Ampere (VA) P= valor de la potencia activa o resistiva expresada en Watt (W)

Potencia Aparente Una parte de la potencia aparente es negativa en este punto sede potencia la generador.

La potencia aparente se representa con la letra (S) y su unidad de medida es el Volt-Ampere (VA). La formula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente:

S= V*I De Donde S= Potencia aparente o total expresado en Volt-Ampere (VA)

Conversión de Fuentes  Aplicando métodos que se analizaron puede ser necesario convertir una fuente de corriente a una fuente de voltaje o de corriente a viceversa. Esta conversión de fuente puede lograr de una forma muy similar a la de los circuitos de C.D., excepto que ahora enfrentaremos fasores e impedancia en lugar de solo números reales. La conversión de fuentes de puede usar para simplificar circuitos. Un a transformación de fuentes es el proceso de sustituir una fuente de tensión en serie con una resistencia (R) por una fuente de corriente (ls) en paralelo con una resistencia (Ri) o viceversa. Pasos para conversión de una fuente 1.- Elimine la parte de la red en la cual se detendrá el circuito equivalente de Norton. 2.- Marque las terminales de la red de dos terminales restantes. 3.- Calcule Zn estableciendo todas las fuentes de voltaje y de corriente en corto y obteniendo luego la impedancia resultante entre las dos terminales marcadas. 4.- Calcule (In) remplazando primero las fuentes de voltaje, de corriente y obteniendo luego la corriente de corto circuito entre las terminales marcadas. 5.- Traza el circuito equivalente de Norton con la parte del circuito anteriormente determinado remplazando entre las terminales del circuito equivalente a Norton.

Fuente Independiente

En general el formato para convertir un tipo de fuentes independientes a otro es como el que se muestra en la figura:

EJEMPLO: Convierte la fuente de voltaje a una fuente de corriente

FUENTES I NDEPENDIENTES

Para fuentes independientes se pueden aplicar la conversión directa de la variable de control (VOI) no esta determinada por  una parte de la red a la que se aplicara la conversión. Las conversiones de otro tipo donde VL están controlados por una parte de la red que será convertida serán consideradas en las ecuaciones. I1= Z2*I1/Z1+Z2 I2= Z1*It/Z1+Z2

CIRCUITOS EQUIVALENTES

En C.A. en serie la impedancia total de dos o mas elementos en serie a menudo equivalente a la impedancia que puede lograrse con menos elementos de distintos valores esos elementos y sus valores determinados por la frecuencia. Esto valido también para circuitos. La impedancia total a la frecuencia aplicada es equivalente.

SISTEMAS POLIFASICOS

Hasta ahora solo hemos visto sistemas monofásicos en donde el numero de tensiones y corrientes es solo una, lo siguiente es una generación de fases múltiples que puede ser en 2, 3, 6, 12 tensiones y corrientes al mismo tiempo, pudiendo tener  cualquier numero de fases con solo espaciar los devanados de la fase y deben estar en el ángulo apropiado en torno al corto. Algunos sistemas eléctricos funcionan más eficientemente cuando emplean más de 3 fases. Uno de estos sistemas incluye un proceso de rectificación que se utiliza para convertir la corriente alterna en continua. Cuanto mayor sea el número de fases, tanto mas se acercara a lo ideal a una salida de corriente directa completamente plana del sistema.

Unidad 6 Análisis de circuitos en el dominio de Laplace Temario: 6.1 Respuesta natural 6.2 Respuesta forzada 6.3 Respuesta completa 6.4 Identificación de circuitos