UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍAS CIRCUITOS ELÉCTRICOS POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS BALANCEADOS Y DESBALANCEADOS
OBJETIVOS -
Determinar la potencia de un sistema trifásico, balanceado y desbalanceado, al conectar cargas en configuración estrella o delta. Determinar el banco banco de condensadores necesarios que permita corregir el factor de potencia de una carga.
POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS -
La potencia instantánea total en un sistema trifásico balanceado es constante e igual a la potencia promedio La potencia compleja total absorbida absorbida por una carga trifásica balanceada conectada en Y o en ∆ es
= + = √ = √ 3 3
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Donde es el ángulo de las impedancias de carga. Un sistema trifásico desbalanceado puede analizarse aplicando el análisis nodal o de malla.
SIMULACIÓN DE CIRCUITOS CON SIMULINK Simulink es un entorno gráfico dentro de Matlab para la simulación de diferentes algoritmos a partir de diagramas de bloques, los cuales facilitan en algunos casos la programación y simplifica en general los modelos.
TRABAJO PREVIO
120cos(120 ) rms, alimenta una 1. Una fuente balanceada conectada en estrella, en secuencia positiva y = 120cos(120 carga balanceada conectada en delta a través de una línea de transm isión, la cual se modela como un circuito RL en serie. Si la impedancia de carga en la línea AB es un circuito RL en serie, determine la potencia compleja suministrada por la fuente, la potencia compleja que consume la impedancia de la línea de transmisión y la potencia compleja que consume la carga. Potencia compleja suministrada por la fuente Potencia compleja de la impedancia de la línea de transmisión Potencia compleja en la carga -
Demuestre que la suma de las potencias complejas del sistema trifásico es igual a cero.
Resistencia
Inductancia
Impedancia de la línea de transmisión Impedancia de la carga Nota. Cada grupo de trabajo asume un valor de resistencia e inductancia que modelen la impedancia de la línea de transmisión y la impedancia de la carga. 2. Determinar el valor del banco de capacitores que se debe colocar en paralelo a la carga de forma que el factor de potencia sea igual a uno. banco de capacitores capacitores se - Calcular la expresión para el voltaje en la carga y corriente de línea, una vez el banco conecta paralelo a la carga.
Valor de la capacitancia Tensión que debe soportar el capacitor Tensión de línea AB en la carga Corriente de línea A
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍAS CIRCUITOS ELÉCTRICOS POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS BALANCEADOS Y DESBALANCEADOS 3. Una fuente balanceada conectada en estrella, en secuencia positiva y = 120cos(120 ) rms, alimenta una carga desbalanceada conectada en delta a través de una línea de transmisión, la cual se modela como un circuito RL en serie. Si la impedancia de carga en cada línea se asume como un circuito RL o RC en serie, determine la potencia compleja suministrada por la fuente, la potencia compleja que consume la impedancia de la línea de transmisión y la potencia compleja que consume la carga.
Potencia compleja suministrada por la fuente Potencia compleja de la impedancia de la línea de transmisión Potencia compleja en la carga -
Demuestre que la suma de las potencias complejas del sistema trifásico es igual a cero.
Resistencia Inductancia Capacitor Impedancia de la línea de transmisión Impedancia de la carga Zab Impedancia de la carga Zbc Impedancia de la carga Zca Nota. Cada grupo de trabajo asume un valor de resistencia e inductancia que modelen la impedancia de la línea de transmisión. La impedancia de carga en cada una de las líneas es diferente y se puede asumir como un circuito RL o RC en serie.
PROCEDIMIENTO 4. Ingresar a Simulink y abrir la herramienta Simulink Library Browser . Generar un nuevo modelo (Menú File-> New -> Model) e Implementar el diagrama de bloques de la figura 1. La fuente de tensión AC se pueden seleccionar en la librería Simscape – SimPowerSystems – Specialized Technology – Fundamental Blocks – Electrical Sources. Las impedancias y la referencia se encuentran en Simscape – SimPowerSystems – Specialized Technology – Fundamental Blocks – Elements. El bloque de medición de tensión y corriente está en Simscape – SimPowerSystems – Specialized Technology – Fundamental Blocks – Measurements y el medidor de potencia trifásica en Simscape – SimPowerSystems – Specialized Technology – Control & Measurements – Measurements. El bloque powergui se encuentra en la librería Simscape – SimPowerSystems – Specialized Technology – Fundamental Blocks.
Figura 1. Circuito trifásico 5. Fije para el valor de la impedancia en la línea y la carga los valores seleccionados en el numeral uno del trabajo previo. Grafique el comportamiento en el dominio del tiempo de las siguientes variables: - Voltaje en las fuentes de alimentación , y - Voltaje en la impedancia de la línea - Voltaje de línea en la carga , y
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Corriente de línea , y Corriente de fase , y A partir de las mediciones de voltaje y corriente determ inar la potencia compleja suministrada por la fuente, la potencia compleja que consume la impedancia de la línea de tr ansmisión y la potencia compleja que consume la carga. Comprobar que los resultados teóricos corresponden a los resultados de la simulación
Potencia compleja suministrada por la fuente Potencia compleja de la impedancia de la línea de transmisión Potencia compleja en la carga ¿Por qué la potencia activa y reactiva de un circuito trifásico es constante en función del tiempo? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________
6. Simular nuevamente el circuito trifásico de la figura 1, añadiendo el banco de condensadores determinados en el numeral dos del trabajo previo. Graficar el voltaje en la carga, la corriente de línea y la potencia compleja en la carga.
Tensión de línea AB en la carga Corriente de línea A Potencia compleja Al colocar el banco de condensadores para aj ustar el factor de potencia a la unidad, ¿cuál es la dif erencia en fase entre la tensión en la carga y la corriente de línea? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 7. Simular el circuito de la figura 1, pero colocando la carga desbalanceada determinada en el numeral 3. Determinar la potencia compleja suministrada por la fuente, la potencia compleja que consume la impedancia de la línea de transmisión y la potencia compleja que consume la carga.
Potencia compleja suministrada por la fuente Potencia compleja de la impedancia de la línea de transmisión Potencia compleja en la carga ¿Cuál es la diferencia al analizar un circuito trifásico con carga balanceada y carga desbalanceada? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________
8. Conclusiones
