4 semana uc 2015 ii circ trifá ingeléc
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ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN C.A.(Circuitos trifásicos, potencia eléctrica)
Docente: Ing. J. Chipana L.
Semana 4
INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROPÓSITO DE LA CLASE
• Conocer los parámetros eléctricos que gobiernan a los circuitos de c.a.
• Determinar experimentalmente la potencia eléctrica en circuitos trifásicos, así como también la corrección del factor de potencia.
CONTENIDO
ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN C.A.• Instrumentos y Medidas Eléctricas en c.a.
(potencia, osciloscopio y frecuencia)• Potencia activa, Potencia Reactiva, Potencia
Aparente y Factor de Potencia.• Potencia en Circuitos Trifásicos.• Corrección del factor de potencia.
Circuitos Trifásicos equilibrados.
• Sistemas Trifásicos.• La mayor parte de la generación y transmisión de
energía eléctrica de potencia se realiza a través de circuitos trifásicos de c.a.
• La potencia entregada a una carga trifásica es constante en todo momento, en vez de ser pulsatoria como en los sistemas monofásicos.
• Una carga balanceada consume la misma cantidad de potencia en cada una de sus tres fases.
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Fuentes de Tensión Trifásicas.
6
Secuencia de fase en tensiones Trifásicas.
7
Conexiones básicas en Sistema Trifásico.
8
Representación fuentes de Voltajeen Circuitos Trifásicos.
9
Sistema Trifásico Equilibrado.
10
Conexiones en Y (estrella) y (delta).
11
La Conexión en Y (estrella).Circuito con carga resistiva equilibrada.
12
Conexión en Y , secuencia de fase.
13
La Conexión en (delta).Circuito con carga resistiva equilibrada.
14
Conexión en , secuencia de fase.
15
Relaciones de Potencia en Circuitos Trifásicos.
16
Relaciones de Potencia en Circuitos Trifásicos.
17
Expresiones de Potencia en términos de magnitudes de Línea para cargas trifásicas balanceadas.
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Ejemplo, Circuito trifásico en Y-Y.
• Dado un sistema trifásico conectado en Y–Y, con un voltaje por fase de Vfase=120 Vrms, La impedancia por fase tiene una valor |Z|=15 , y = 35°.
• Obtenga:– La magnitud del Voltaje y la Corriente de Línea.– La Potencia Aparente, Media y Reactiva, consumida por la
carga trifásica.– El factor de Potencia.
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Solución: Circuito trifásico en Y-Y.
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Medida de la Potencia Media en circuitos trifásicos.
• Para la medición de Potencia, se utiliza un instrumento denominado Vatímetro (Wattímetro). Proporciona el valor medio de la potencia del circuito.
• El Vatímetro contiene dos bobinas independientes:– Bobina de Corriente: elaborada con alambre grueso y muy baja resistencia.
Conexión en serie con uno de los conductores conectados a la carga. Conduce una corriente proporcional a la corriente de carga.
– Bobina de Potencial: número elevado de espiras de alambre delgado, con resistencia relativa alta. Conexión entre los conductores hacia la carga. Conduce una corriente proporcional a la tensión de la carga.
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Medición de Potencia en un sistema trifásico.
• Para medir la potencia total en un sistema de n líneas conductoras es necesario conocer n-1 corrientes y tensiones. Esto es así, dado que uno de los terminales es seleccionado como referencia, quedando sólo n-1 tensiones y corrientes independientes en los n conductores.
• La potencia total es la suma de n-1 términos producto, es decir, p=v1i1 + v2i2 + … + vn-1in-1.
22
Medición de Potencia en un sistema trifásico.
22
11
cos)cos(||||
cos)cos(||||
LLIVcCCB
LLIVaAAB
IVIVW
IVIVW
cCCB
aAAB
Para el circuito trifásico en Y, con carga balanceada, la medida de la potencia media, utilizando el método de los dos vatímetros, puede expresarse como:
Donde:1: ángulo de fase entre VAB e IaA.2: ángulo de fase entre VCB e IcC.
Para calcular W1 y W2 se expresa 1 y 2 por medio del ángulo de la impedancia de fase, |Z|°, que es igual al ángulo entre la tensión y la corriente de fase. Para una secuencia de fase positiva:
1 = + 30° = fase+ 30°.2 = 30° = fase 30°.
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Medición de Potencia en un sistema trifásico.
faseLLTotalfaseLLTotal
faseLLfaseLL
IVPIVWWP
IVWIVW
cos330coscos2
30cos,30cos
21
21
Así, la Potencia Media Total del circuito trifásico será:
La suma de las lecturas indica la potencia media total, independientemente del desbalance de la carga y/o el desbalance de la fuente, trifásicos.
Consideraciones:a) Lecturas iguales de los vatímetros indica una carga de FP unitario. b) Si el FP es superior a 0.5, ambos vatímetros darán una lectura positiva.c) Lecturas iguales y opuestas señalan una carga puramente reactiva.d) Si el FP es igual a 0.5, uno de los dos vatímeros dará un valor cero.e) Si el FP es inferior a 0.5, uno de los dos vatímeros dará un valor negativo.f) Una lectura W2 mayor que W1 indica una impedancia Inductiva. g) Una lectura W2 menor que W1 significa una carga Capacitiva.
• Corriente Alterna (CA):
[v]
[s]
• FRECUENCIA ANGULAR.
G
iR
RURUg
fT
W *22
Símbolo de la unidad (rad/S)
PARÁMETROS RLC.
Max
Max
Max
Max
R
R
I
U
wtsenI
wtsenU
i
UR
)(*
)(*
mediaPotenciaIU
P
senIUP
PotenciaIUP
MaxMax
MaxMax
RR
2
*
**
*2
• Circuito inductivo puro.
Uab UL
iL
L
a
b
eL LfX
LWX
L
L
***2
*
Circuito capacitivo puro.
Uab UC
iC
a
b
C
)(***2
1
*
1
CfCwI
UX
C
CC
• CIRCUITO SERIE RLC.
CLCL
LCLC
L
C
XXcuandopedanciaXXRZ
XXcuandopedanciaXXRZ
inductivaciaacLfLWX
capacitivaciaacCfCW
X
Im
Im
tanRe***2*
tanRe***2
1
*
1
22
22
G
R L C
UR UL UC
i = iR = iL = iC Uab
a b
• CIRCUITO PARALELO RLC.
G
Uab
iTa
R L CUR UL UC
iR iL iC
b
R
LCR
L
LL
C
CC
ab
CLLC
CLCL
I
IItg
R
UI
X
UI
X
UI
Z
Ui
XXcuandopedanciaXX
RZ
XXcuandopedanciaXX
RZ
;
;;
Im111
Im111
2
2
2
2
• CORRIENTES TRIFÁSICAS.
N
U
V W
U UN =
220VU UN =220 V
U VN =220 V
U WN =220 V
U UV =
380V
U VW =
380V
U WU =
380V
f
f
II
UU
*3IUS **3
CosIUP ***3
SenIUQ ***3
U UV
U VW
U WV
U
VW
U = U f
U UV = U VW = U WU = U f
U UV
U VW
U WV
F
f
II
UU
*3
CONCLUSIÓN
• Se conocieron a los instrumentos de medidas Eléctricas en c.a. para utilizarlas en el laboratorio en la práctica de la clase.
• Se debe de corregir el factor de potencia para evitar las pérdidas de potencia eléctrica.
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RESOLVER LA GUÍA DE PRÁCTICAS DE
“CIRCUITOS TRIFÁSICOS” EN EL
LABORATORIO