Análisis
de Redes
Eléctricas
ELEG1028
Ing. Jonathan Avilés
Cedeño, M.Sc.
Circuitos
Trifásicos
Unidad 1
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Sistemas
monofásicos de
tres hilos
Subunidad 1.1
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
En un sistema monofásico las fuentes de alimentación proporcionan voltajes
sinusoidales con el mismo ángulo de fase:
donde 𝑣 𝑡 representa el valor
instantáneo de la diferencia de
potencial entre dos conductores: la
línea y el neutro.
El ángulo de fase en este caso sería
Φ.
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Si consideramos que ambos están
separados por una distancia d mucho
mayor que los radios de las esferas
los voltajes absolutos en cada
conductor serán:
0 0
4 4
a
a b
b
a b
V
Q
V
Q
 
= =
Distribución de Cargas en Cuerpos Metálicos
Dos conductores esféricos de radios a y
b tienen cargas eléctricas 𝑄𝑎 y 𝑄𝑏
respectivamente.
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Vamos a unir ambas esferas con un
conductor ideal (puenteamos las esferas):
➢ 𝑄𝑎
′
y 𝑄𝑏
′
serán la nueva distribución de
carga en los conductores.
➢ 𝑄𝑎
′
+ 𝑄𝑏
′
= 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 por conservación de
carga
➢ Después de puentear las esferas,
tendrán el mismo potencial V
൞
𝑉 =
𝑄𝑎
′
4𝜋𝜀0𝑎
=
𝑄𝑏
′
4𝜋𝜀0𝑏
𝑄𝑎
′ + 𝑄𝑏′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏
Finalmente:
𝑉 =
𝑄𝑎 + 𝑄𝑏
4𝜋𝜀0 𝑎 + 𝑏
[V]
𝑄𝑎′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏
𝑎
𝑎 + 𝑏
[𝐶]
𝑄𝑏′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏
𝑏
𝑎 + 𝑏
[𝐶]
Distribución de Cargas en Cuerpos Metálicos
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Distribución de Cargas en Cuerpos Metálicos
Si consideramos que el radio a es mucho mayor que el radio b, mediante el uso de
límites (𝑎 → ∞) obtendremos lo siguiente:
Es decir, si tenemos un conductor lo suficientemente grande, toda la carga
eléctrica de otros conductores pasaría a este conductor “infinito” al momento de
interconectarlos y debido al tamaño del conductor, el campo eléctrico efectivo
producido por cualquier cantidad de carga es despreciable y su voltaje estático
puede ser considerado igual cero.
Este conductor existe y lo llamamos tierra.
𝑉(𝑎 ≫ 𝑏) = 0 [V]
𝑄𝑎′(𝑎 ≫ 𝑏) = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 [𝐶]
𝑄𝑏′(𝑎 ≫ 𝑏) = 0[𝐶]
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Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
El voltaje absoluto de la tierra no es igual a cero, principalmente debido a las
cargas eléctricas existentes en la atmósfera, sin embargo, se suele considerar al
voltaje de la tierra como referencia y por tanto para fines de cálculo igual a cero.
En sistemas eléctricos de corriente alterna, los voltajes y campos
electromagnéticos varían con el tiempo y pueden inducir cargas, voltajes y
corrientes en otras estructuras metálicas, los mismos que pueden causar daño a
las personas. Esto sin considerar que pueden existir accidentes y fallas que
conecten directamente cables energizados a las estructuras metálicas que los
rodean.
Como medida de protección, toda estructura metálica debe ser aterrizada
(conectada mediante conductores a tierra), de tal manera que cualquier carga
inducida se redirija a la tierra y el voltaje de las estructuras permanezca igual al de
la referencia.
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Un sistema monofásico de tres hilos consta de los siguientes tipos de conductores:
Conductor de línea, energizado o cable “vivo” (line, L): Cable de alimentación con un
voltaje absoluto distinto al de la referencia. Lleva la corriente de alimentación a la
carga.
Conductor de neutro o retorno (neutral, N): Cable de alimentación conectado a la
referencia y con un voltaje igual a cero. Lleva la misma corriente que el conductor de
línea, puesto que le proporciona un camino de retorno a la fuente.
Conductor de tierra (ground, GND): Cable que conecta físicamente al neutro y a las
estructuras metálicas con la referencia del sistema eléctrico, el cual en la mayoría de
los casos es la tierra (Earth ground). Sistemas móviles como carros o aviones utilizan
su estructura metálica o chasis como referencia (masa), al ser el conductor más
grande al que tienen acceso (chasis ground). Sistemas electrónicos pequeños suelen
utilizar un conductor común como referencia (signal ground).
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Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
Símbolos de puesta a tierra:
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Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
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Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
Generación de
voltajes trifásicos
Subunidad 1.2
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Generación de Voltajes Trifásicos
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
La energía utilizada tanto por sectores residenciales como industriales es
producida principalmente mediante la conversión de energía mecánica a energía
eléctrica en base a Ley de Faraday.
Empezaremos por considerar un imán permanente de campo constante que rota a
velocidad angular constante sobre un eje en el mismo plano que la superficie de
una espira compuesta por un conductor metálico.
El flujo del campo vectorial densidad de flujo magnético 𝑩 sobre la superficie de
la espira variará de acuerdo a la siguiente ecuación:
Φ𝑚 𝑡 = න 𝐵 ∙ 𝑑 Ԧ
𝑆 = 𝐵 ∙ Ԧ
𝑆 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑡 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 + 𝜃0
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𝜔
Generación de Voltajes Trifásicos
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𝜃 𝑡 = 𝜔𝑡 + 𝜃0
Generación de Voltajes Trifásicos
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Si la velocidad angular es distinta de cero, el flujo vectorial es una función que varía
con respecto al tiempo y, de acuerdo a la Ley de Faraday, se generará un voltaje
inducido en las terminales de la espira de acuerdo a la ecuación:
Este voltaje inducido varía sinusoidalmente con una frecuencia que depende de la
velocidad con la que se rota el imán permanente.
En este generador eléctrico básico la espira no se mueve y compone una sección de
un generador conocida como estator. El imán permanente rota y compone el rotor del
generador.
Generación de Voltajes Trifásicos
Φ𝑚 𝑡 = න 𝐵 ∙ 𝑑 Ԧ
𝑆 = 𝐵 ∙ Ԧ
𝑆 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑡 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 + 𝜃0
𝑉𝑖𝑛𝑑 𝑡 = −
𝑑Φ𝑚 𝑡
𝑑𝑡
= 𝜔𝐵𝑆𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + 𝜃0)
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En la práctica se colocan varias bobinas
sobre una estructura ferromagnética
para ensamblar el estator,
distribuyéndolas equidistantemente
sobre su circunferencia, como se
muestra en la figura. Adicionalmente,
cada bobina estará compuesta por
varias espiras para aumentar el flujo
magnético enlazado. Supondremos un
total de N espiras por bobina.
Generación de Voltajes Trifásicos
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En este caso los ejes de las espiras
están separadas 120 grados entre sí y
por tanto los ángulos de los voltajes
inducidos están separados también 120
grados entre sí:
Generación de Voltajes Trifásicos
Fuentes de Generación Trifásica
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Todos los voltajes generados tendrán la
misma magnitud, pero distinta fase. A este
tipo de sistema eléctrico se lo conoce como
polifásico y el número de fases dependerá
del número de espiras colocadas en el
estator y por tanto de su separación
angular.
En sistemas eléctricos de potencia el
número más común de fases es 3, conocido
como sistema trifásico.
Cabe mencionar que, en lugar de un imán
permanente, en el rotor también se puede
usar otra espira energizada para producir la
densidad de flujo magnético.
Fuentes de Generación Trifásica
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Un mayor número de fases permite transportar la misma potencia usando un
mayor número de conductores y, por tanto, reduciendo la magnitud de las
corrientes y el área transversal requerida en cada conductor. Tener conductores de
menor área transversal reduce el costo de un sistema.
Sin embargo, un mayor número de fases también significa tener que diseñar
sistemas eléctricos con esquemas de control y protección más complejos, sin
considerar que el mayor número de conductores también puede incrementar
costos dependiendo de las dimensiones del sistema.
Tiempo atrás se concluyó que, para el sistema eléctrico de potencia, 3 fases es el
número más conveniente.
Fuentes de Generación Trifásica
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
GENERADOR TRIFÁSICO:
• Cada devanado (winding) forma una fase del
generador.
• La rotación del electroimán induce una tensión
sinusoidal en cada uno de los devanados.
• Las tensiones sinusoidales inducidas tienen
igual amplitud y están desfasadas 120° entre sí.
Para los sistemas balanceados:
• 𝑉
𝑎𝑛 = 𝑉𝑏𝑛= 𝑉
𝑐𝑛 = 𝑉𝐿𝑁 → 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑙í𝑛𝑒𝑎 − 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜
• 𝑉𝑎𝑏 = 𝑉𝑏𝑐 = 𝑉
𝑐𝑎 = 𝑉𝐿𝐿 → 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑙í𝑛𝑒𝑎 − 𝑙í𝑛𝑒𝑎
Conexión en estrella (Y) Conexión en delta (Δ)
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Conexión de Fuentes en
Estrella (Y) y Delta (Δ)
Para una carga balanceada, es decir, con la misma impedancia por fase:
Conexión en estrella (Y) Conexión en delta (Δ)
• ഥ
𝒁𝒀 = ഥ
𝒁𝚫/𝟑 • ഥ
𝒁𝚫 = 𝟑ഥ
𝒁𝒀
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Conexión de Cargas en
Estrella (Y) y Delta (Δ)
Secuencia positiva
(abc)
Secuencia negativa
(acb)
• ഥ
𝑽𝒂𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟎°
• ഥ
𝑽𝒃𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡𝟐𝟒𝟎°
• ഥ
𝑽𝒄𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟐𝟒𝟎°
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Secuencia Positiva y Secuencia Negativa
Si tomamos a la fase del voltaje de la fase a como referencia podemos definir los
fasores del voltaje de cada fase:
• ഥ
𝑽𝒂𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟎°
• ഥ
𝑽𝒃𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟐𝟒𝟎°
• ഥ
𝑽𝒄𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡𝟐𝟒𝟎°
Conexiones
trifásicas
balanceadas
Subunidad 1.3
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
ഥ
𝑽𝒂𝒃 = ഥ
𝑽𝒂𝒏 𝟑∡𝟑𝟎°
ഥ
𝑽𝒃𝒄 = ഥ
𝑽𝒃𝒏 𝟑∡𝟑𝟎°
ഥ
𝑽𝒄𝒂 = ഥ
𝑽𝒄𝒏 𝟑∡𝟑𝟎°
ത
𝑰𝒂 = ഥ
𝑽𝒂𝒏/ഥ
𝒁𝒀
ത
𝑰𝒃 = ഥ
𝑽𝒃𝒏/ഥ
𝒁𝒀
ത
𝑰𝒄 = ഥ
𝑽𝒄𝒏/ഥ
𝒁𝒀
𝑽𝑳𝑳 = 𝑽𝑳 = 𝟑𝑽𝑭 = 𝟑𝑽𝑳𝑵
En secuencia positiva, las tensiones de línea se adelantan 30° a las tensiones de fase.
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Conexión Y-Y Balanceada - Sec (+)
ഥ
𝑽𝒂𝒃 = ഥ
𝑽𝒂𝒏 𝟑∡ − 𝟑𝟎°
ഥ
𝑽𝒃𝒄 = ഥ
𝑽𝒃𝒏 𝟑∡ − 𝟑𝟎°
ഥ
𝑽𝒄𝒂 = ഥ
𝑽𝒄𝒏 𝟑∡ − 𝟑𝟎°
ത
𝑰𝒂 = ഥ
𝑽𝒂𝒏/ഥ
𝒁𝒀
ത
𝑰𝒃 = ഥ
𝑽𝒃𝒏/ഥ
𝒁𝒀
ത
𝑰𝒄 = ഥ
𝑽𝒄𝒏/ഥ
𝒁𝒀
𝑽𝑳𝑳 = 𝑽𝑳 = 𝟑𝑽𝑭 = 𝟑𝑽𝑳𝑵
En secuencia negativa, las tensiones de línea se atrasan 30° respecto a las tensiones de fase.
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Conexión Y-Y Balanceada - Sec (-)
ത
𝑰𝑨𝑩 = ഥ
𝑽𝑨𝑩/ഥ
𝒁𝚫
ത
𝑰𝑩𝑪 = ഥ
𝑽𝑩𝑪/ഥ
𝒁𝚫
ത
𝑰𝑪𝑨 = ഥ
𝑽𝑪𝑨/ഥ
𝒁𝚫
ത
𝑰𝒂 = ത
𝑰𝑨𝑩 𝟑∡ − 𝟑𝟎°
ത
𝑰𝒃 = ത
𝑰𝑩𝑪 𝟑∡ − 𝟑𝟎°
ത
𝑰𝒄 = ത
𝑰𝑪𝑨 𝟑∡ − 𝟑𝟎°
𝑰𝑳 = 𝟑𝑰𝑭
En secuencia positiva, las corrientes de línea se atrasan 30° con respecto a las corrientes de fase.
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Conexión Y-Δ Balanceada - Sec (+)
ത
𝑰𝑨𝑩 = ഥ
𝑽𝑨𝑩/ഥ
𝒁𝚫
ത
𝑰𝑩𝑪 = ഥ
𝑽𝑩𝑪/ഥ
𝒁𝚫
ത
𝑰𝑪𝑨 = ഥ
𝑽𝑪𝑨/ഥ
𝒁𝚫
ത
𝑰𝒂 = ത
𝑰𝑨𝑩 𝟑∡𝟑𝟎°
ത
𝑰𝒃 = ത
𝑰𝑩𝑪 𝟑∡𝟑𝟎°
ത
𝑰𝒄 = ത
𝑰𝑪𝑨 𝟑∡𝟑𝟎°
𝑰𝑳 = 𝟑𝑰𝑭
En secuencia negativa, las corrientes de línea se adelantan 30° con respecto a las corrientes de
fase
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Conexión Y-Δ Balanceada - Sec (-)
Conexión Δ-Y y Δ-Δ Balanceada
Conexión Δ-Δ
Conexión Δ-Y
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Equivalente monofásico.
Diagramas trifilares y
unifilares.
Subunidad 1.4
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Equivalentes Monofásicos - Secuencia (+)
Conexión Y-Y Conexión Y-Δ
Conexión Δ-Y Conexión Δ-Δ
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Potencia trifásica en
cargas balanceadas.
Subunidad 1.5
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
𝑃𝐴 = 𝑉𝐴𝑁𝐼𝐴 cos 𝜃 ҧ
𝑍𝑌
= 𝑉𝐿𝑁𝐼𝐿 cos 𝜃 ҧ
𝑍𝑌
𝑃𝐵 = 𝑉𝐵𝑁𝐼𝐵 cos 𝜃 ҧ
𝑍𝑌
= 𝑉𝐿𝑁𝐼𝐿 cos 𝜃 ҧ
𝑍𝑌
𝑃𝐶 = 𝑉𝐶𝑁𝐼𝐶 cos 𝜃 ҧ
𝑍𝑌
= 𝑉𝐿𝑁𝐼𝐿 cos 𝜃 ҧ
𝑍𝑌
𝑷𝟑𝝓 = 𝟑𝑽𝑳𝑵𝑰𝑳 𝐜𝐨𝐬 𝜽ഥ
𝒁𝒀
= 𝟑𝑽𝑳𝑳𝑰𝑳 𝒄𝒐𝒔 𝜽ഥ
𝒁𝒀
+
𝑃𝐴𝐵 = 𝑉𝐴𝐵𝐼𝐴𝐵 cos 𝜃 ҧ
𝑍Δ
= 𝑉𝐿𝐿𝐼𝐹 cos 𝜃 ҧ
𝑍Δ
𝑃𝐵𝐶 = 𝑉𝐵𝐶𝐼𝐵𝐶 cos 𝜃 ҧ
𝑍Δ
= 𝑉𝐿𝐿𝐼𝐹 cos 𝜃 ҧ
𝑍Δ
𝑃𝐶𝐴 = 𝑉𝐶𝐴𝐼𝐶𝐴 cos 𝜃 ҧ
𝑍Δ
= 𝑉𝐿𝐿𝐼𝐹 cos 𝜃 ҧ
𝑍Δ
𝑷𝟑𝝓 = 𝟑𝑽𝑳𝑳𝑰𝑭 𝐜𝐨𝐬 𝜽ഥ
𝒁Δ
= 𝟑𝑽𝑳𝑳𝑰𝑳 𝒄𝒐𝒔 𝜽ഥ
𝒁Δ
+
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
Dado que ҧ
𝑍𝛥 = 3 ҧ
𝑍𝑌 en cargas balanceadas:
𝜃 ҧ
𝑧𝑌
= 𝜃 ҧ
𝑧𝛥
= 𝜃 = 𝜃 ҧ
𝑆3𝛷
Y por tanto, podemos generalizar las fórmulas para potencia en ambos tipo de
conexión trifásica:
Potencia Activa Trifásica [W]: P3𝜙 = 3VLLIL cos θ
Potencia Reactiva Trifásica [VAR]: Q3ϕ = 3VLLIL sin θ
Potencia Aparente Trifásica [VA]: 𝑆3ϕ = 3VLLIL
Potencia Compleja Trifásica [VA]: ҧ
𝑆3ϕ = 3VLLIL∡θ
Ejemplo 1 de Potencia Trifásica
Datos:
• Carga 3𝜙 balanceada, abc, referencia ത
𝑉
𝑎𝑛.
• 𝑃3𝜙 = 480 [𝑘𝑊]
• 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜
• ҧ
𝑍𝐿 = 0.005 + 𝑗0.0025 [𝛺]
• 𝑉𝐿𝐿 = 600 𝑉 → 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
Determine:
a) Circuito monofásico
b) ത
𝑰𝑨
c) ഥ
𝑽𝑨𝑩 → 𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒
d) 𝒇𝒑 → 𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Ejemplo 1 de Potencia Trifásica
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
a) Circuito monofásico
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Ejemplo 1 de Potencia Trifásica
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
b) ത
𝑰𝑨
ҧ
𝑍𝑌 = ҧ
𝑍𝐿 + ҧ
𝑍𝐶
ത
𝑉
𝑎𝑛 =
600
3
∡0°[V]
𝑍𝐶 =
𝑉𝐿𝐿
2
𝑆3𝜑
=
600 2
480000
0.8
= 0.6 [Ω]
𝜃 = cos−1
0.8 = 36.87°
ҧ
𝑍𝐶 = ҧ
𝑍𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 = 0.6∡36.87° [𝛺]
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Ejemplo 1 de Potencia Trifásica
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
b) ത
𝑰𝑨
ҧ
𝐼𝐴 =
ത
𝑉𝐴𝑁
ҧ
𝑍𝐶
=
600/ 3∡0°
0.6∡36.87°
= 577.35∡ − 36.87° 𝐴
c) ഥ
𝑽𝑨𝑩 → 𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒
ത
𝑉𝐴𝑁 = ത
𝑉
𝑎𝑛 + ҧ
𝐼𝐴
ҧ
𝑍𝐿 = 600∡0° + 577∡ − 36.87° 0.005 + 𝑗0.025 = 357.51∡1.57° [𝑉]
ത
𝑉𝐴𝐵 = ത
𝑉𝐴𝑁 ∙ 3∡30° = 619.23∡31.57°[𝑉]
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Ejemplo 1 de Potencia Trifásica
Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
d) 𝒇𝒑 →𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒
𝜃𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝜃ഥ
𝑉𝐴𝑁
− 𝜃 ҧ
𝐼𝐴
= 1.57 − −36.87 = 38.44°
fp = cos 𝜃𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = cos 38.44° = 0.7832 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜
Circuitos trifásicos
desbalanceados.
Subunidad 1.6
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Datos:
• 𝑃𝐴 = 2 𝑀𝑊 , 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜
• 𝑃𝐵 = 3 𝑀𝑊 , 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜
• 𝑃𝐶 = 4 𝑀𝑊 , 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜
• 𝑅𝐴𝐵 = 100 Ω 𝐿𝐴𝐵 = 80 [𝑚𝐻]
• 𝑅𝐵𝐶 = 50 Ω 𝐿𝐵𝐶 = 50 [𝑚𝐻]
• 𝑅𝐶𝐴 = 25 Ω 𝐿𝐶𝐴 = 25 [𝑚𝐻]
• 𝑉𝐿𝐿 = 4160 𝑉 𝑒𝑛 sec(+)
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado
Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
Determinar (Ref. ഥ
𝑽𝑨𝑩):
a) Hallar ത
𝑰𝑭𝟏, ത
𝑰𝑳𝟏 de la carga delta.
b) Hallar ഥ
𝑺𝟑𝝓_𝜟 de la carga delta.
c) Hallar ത
𝑰𝑳𝟐 de la carga estrella.
d) Hallar 𝑸𝒀 total.
e) Hallar ത
𝑰𝑳 de la fuente.
f) Hallar ഥ
𝑺𝟑𝝓 total.
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Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado
Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
a) Hallar ത
𝑰𝑳𝑳𝟏, ത
𝑰𝑳𝟏 de la carga delta.
ത
𝑰𝑨𝑩𝟏 =
ഥ
𝑽𝑨𝑩
ഥ
𝒁𝑨𝑩
=
4160∡0°
100 + 𝑗 2𝜋 (60) 0.08
= 39.8281∡ − 16.7829°[𝐴]
ത
𝑰𝑩𝑪𝟏 =
ഥ
𝑽𝑩𝑪
ഥ
𝒁𝑩𝑪
=
4160∡ − 120°
50 + 𝑗 2𝜋 (60) 0.05
= 77.8515∡ − 140.6560° 𝐴
ത
𝑰𝑪𝑨𝟏 =
ഥ
𝑽𝑪𝑨
ഥ
𝒁𝑪𝑨
=
4160∡120°
25 + 𝑗 2𝜋 (60) 0.025
= 155.7030∡99.3440°[𝐴]
ത
𝑰𝑨𝟏 = ത
𝑰𝑨𝑩𝟏 − ത
𝑰𝑪𝑨𝟏 = 176.8937∡ − 68.9935°[𝐴]
ത
𝑰𝑩𝟏 = ത
𝑰𝑩𝑪𝟏 − ത
𝑰𝑨𝑩𝟏 = 105.3731∡ − 158.9456°[𝐴]
ത
𝑰𝑪𝟏 = ത
𝑰𝑪𝑨𝟏 − ത
𝑰𝑩𝑪𝟏 = 205.9757∡80.2374°[𝐴]
Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado
Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
b) Hallar ഥ
𝑺𝟑𝝓_𝜟 de la carga delta.
ഥ
𝑺𝟑𝜱_𝜟 = ഥ
𝑽𝑨𝑩
ത
𝑰𝑨𝑩𝟏
∗
+ ഥ
𝑽𝑩𝑪
ത
𝑰𝑩𝑪𝟏
∗
+ ഥ
𝑽𝑪𝑨
ത
𝑰𝑪𝑨𝟏
∗
= 1.0678 + 𝑗0.3906 [𝑀𝑉𝐴]
c) Hallar ത
𝑰𝑳𝟐 de la carga estrella.
ത
𝑰𝑨𝟐 =
𝑃𝐴
𝑉𝐴𝑁𝑓𝑝
∡(𝜃ഥ
𝑽𝐴𝑁
−𝜃ഥ
𝒁𝑌
) =
2000000
4160
3
0.8
∡( − 30° − cos−1
0.8) = 1040.8959∡ − 66.87°[𝐴]
ത
𝑰𝑩𝟐 =
𝑃𝐵
𝑉𝐵𝑁𝑓𝑝
∡(𝜃ഥ
𝑽𝐵𝑁
− 𝜃ഥ
𝒁𝑌
) = 1561.3439∡173.13°[𝐴]
ത
𝑰𝑪𝟐 =
𝑃𝐶
𝑉𝐶𝑁𝑓𝑝
∡(𝜃ഥ
𝑽𝐵𝑁
− 𝜃ഥ
𝒁𝑌
) = 2081.7918∡53.13°[𝐴]
Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado
Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
d) Hallar 𝑸𝒀 total.
𝑄𝑌_𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =
𝑃𝑌_𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑓𝑝
sin cos−1 0.8 = 6.75[𝑀𝑉𝐴𝑅]
e) Hallar ത
𝑰𝑳 de la fuente.
ത
𝑰𝑨 = 176.8937∡ − 68.9935° 𝐴 + 1040.8159∡ − 66.86° 𝐴 = 1217.6858∡ − 67.1783°[𝐴]
ത
𝑰𝑩 = 105.3731∡ − 158.9456° 𝐴 + 1561.3439∡173.13° 𝐴 = 1655.1838∡174.8385°[A]
ത
𝑰𝑪 = 205.9757∡80.2374° 𝐴 + 2081.7918∡53.13° 𝐴 = 2267.0857∡55.5028°[A]
Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado
Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
f) Hallar ഥ
𝑺𝟑𝝓 total.
ഥ
𝑺𝟑𝝓 = ഥ
𝑺𝟑𝝓_𝚫+ ഥ
𝑺𝟑𝝓_𝒀
ഥ
𝑺𝟑𝝓 = 1.0678 + 𝑗0.3906 + 9 + 𝑗6.75 = 10.068 + 𝑗7.1406 [𝑀𝑉𝐴]
Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado
Circuitos Trifásicos Desbalanceadas

Chapter1_ThreePhase_Circuits_part1 (3).pdf

  • 1.
  • 2.
  • 3.
    Sistemas monofásicos de tres hilos Subunidad1.1 M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 4.
    Sistemas Monofásicos deTres Hilos En un sistema monofásico las fuentes de alimentación proporcionan voltajes sinusoidales con el mismo ángulo de fase: donde 𝑣 𝑡 representa el valor instantáneo de la diferencia de potencial entre dos conductores: la línea y el neutro. El ángulo de fase en este caso sería Φ. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 5.
    Si consideramos queambos están separados por una distancia d mucho mayor que los radios de las esferas los voltajes absolutos en cada conductor serán: 0 0 4 4 a a b b a b V Q V Q   = = Distribución de Cargas en Cuerpos Metálicos Dos conductores esféricos de radios a y b tienen cargas eléctricas 𝑄𝑎 y 𝑄𝑏 respectivamente. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 6.
    Vamos a unirambas esferas con un conductor ideal (puenteamos las esferas): ➢ 𝑄𝑎 ′ y 𝑄𝑏 ′ serán la nueva distribución de carga en los conductores. ➢ 𝑄𝑎 ′ + 𝑄𝑏 ′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 por conservación de carga ➢ Después de puentear las esferas, tendrán el mismo potencial V ൞ 𝑉 = 𝑄𝑎 ′ 4𝜋𝜀0𝑎 = 𝑄𝑏 ′ 4𝜋𝜀0𝑏 𝑄𝑎 ′ + 𝑄𝑏′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 Finalmente: 𝑉 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 4𝜋𝜀0 𝑎 + 𝑏 [V] 𝑄𝑎′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 𝑎 𝑎 + 𝑏 [𝐶] 𝑄𝑏′ = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 𝑏 𝑎 + 𝑏 [𝐶] Distribución de Cargas en Cuerpos Metálicos M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 7.
    Distribución de Cargasen Cuerpos Metálicos Si consideramos que el radio a es mucho mayor que el radio b, mediante el uso de límites (𝑎 → ∞) obtendremos lo siguiente: Es decir, si tenemos un conductor lo suficientemente grande, toda la carga eléctrica de otros conductores pasaría a este conductor “infinito” al momento de interconectarlos y debido al tamaño del conductor, el campo eléctrico efectivo producido por cualquier cantidad de carga es despreciable y su voltaje estático puede ser considerado igual cero. Este conductor existe y lo llamamos tierra. 𝑉(𝑎 ≫ 𝑏) = 0 [V] 𝑄𝑎′(𝑎 ≫ 𝑏) = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 [𝐶] 𝑄𝑏′(𝑎 ≫ 𝑏) = 0[𝐶] M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 8.
    Sistemas Monofásicos deTres Hilos El voltaje absoluto de la tierra no es igual a cero, principalmente debido a las cargas eléctricas existentes en la atmósfera, sin embargo, se suele considerar al voltaje de la tierra como referencia y por tanto para fines de cálculo igual a cero. En sistemas eléctricos de corriente alterna, los voltajes y campos electromagnéticos varían con el tiempo y pueden inducir cargas, voltajes y corrientes en otras estructuras metálicas, los mismos que pueden causar daño a las personas. Esto sin considerar que pueden existir accidentes y fallas que conecten directamente cables energizados a las estructuras metálicas que los rodean. Como medida de protección, toda estructura metálica debe ser aterrizada (conectada mediante conductores a tierra), de tal manera que cualquier carga inducida se redirija a la tierra y el voltaje de las estructuras permanezca igual al de la referencia. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 9.
    Un sistema monofásicode tres hilos consta de los siguientes tipos de conductores: Conductor de línea, energizado o cable “vivo” (line, L): Cable de alimentación con un voltaje absoluto distinto al de la referencia. Lleva la corriente de alimentación a la carga. Conductor de neutro o retorno (neutral, N): Cable de alimentación conectado a la referencia y con un voltaje igual a cero. Lleva la misma corriente que el conductor de línea, puesto que le proporciona un camino de retorno a la fuente. Conductor de tierra (ground, GND): Cable que conecta físicamente al neutro y a las estructuras metálicas con la referencia del sistema eléctrico, el cual en la mayoría de los casos es la tierra (Earth ground). Sistemas móviles como carros o aviones utilizan su estructura metálica o chasis como referencia (masa), al ser el conductor más grande al que tienen acceso (chasis ground). Sistemas electrónicos pequeños suelen utilizar un conductor común como referencia (signal ground). M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
  • 10.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
  • 11.
    Símbolos de puestaa tierra: M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
  • 12.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Sistemas Monofásicos de Tres Hilos
  • 13.
    Generación de voltajes trifásicos Subunidad1.2 M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 14.
    Generación de VoltajesTrifásicos M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño La energía utilizada tanto por sectores residenciales como industriales es producida principalmente mediante la conversión de energía mecánica a energía eléctrica en base a Ley de Faraday. Empezaremos por considerar un imán permanente de campo constante que rota a velocidad angular constante sobre un eje en el mismo plano que la superficie de una espira compuesta por un conductor metálico. El flujo del campo vectorial densidad de flujo magnético 𝑩 sobre la superficie de la espira variará de acuerdo a la siguiente ecuación: Φ𝑚 𝑡 = න 𝐵 ∙ 𝑑 Ԧ 𝑆 = 𝐵 ∙ Ԧ 𝑆 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑡 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 + 𝜃0
  • 15.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño 𝜔 Generación de Voltajes Trifásicos
  • 16.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño 𝜃 𝑡 = 𝜔𝑡 + 𝜃0 Generación de Voltajes Trifásicos
  • 17.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Si la velocidad angular es distinta de cero, el flujo vectorial es una función que varía con respecto al tiempo y, de acuerdo a la Ley de Faraday, se generará un voltaje inducido en las terminales de la espira de acuerdo a la ecuación: Este voltaje inducido varía sinusoidalmente con una frecuencia que depende de la velocidad con la que se rota el imán permanente. En este generador eléctrico básico la espira no se mueve y compone una sección de un generador conocida como estator. El imán permanente rota y compone el rotor del generador. Generación de Voltajes Trifásicos Φ𝑚 𝑡 = න 𝐵 ∙ 𝑑 Ԧ 𝑆 = 𝐵 ∙ Ԧ 𝑆 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑡 = 𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 + 𝜃0 𝑉𝑖𝑛𝑑 𝑡 = − 𝑑Φ𝑚 𝑡 𝑑𝑡 = 𝜔𝐵𝑆𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + 𝜃0)
  • 18.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño En la práctica se colocan varias bobinas sobre una estructura ferromagnética para ensamblar el estator, distribuyéndolas equidistantemente sobre su circunferencia, como se muestra en la figura. Adicionalmente, cada bobina estará compuesta por varias espiras para aumentar el flujo magnético enlazado. Supondremos un total de N espiras por bobina. Generación de Voltajes Trifásicos
  • 19.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño En este caso los ejes de las espiras están separadas 120 grados entre sí y por tanto los ángulos de los voltajes inducidos están separados también 120 grados entre sí: Generación de Voltajes Trifásicos
  • 20.
    Fuentes de GeneraciónTrifásica M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Todos los voltajes generados tendrán la misma magnitud, pero distinta fase. A este tipo de sistema eléctrico se lo conoce como polifásico y el número de fases dependerá del número de espiras colocadas en el estator y por tanto de su separación angular. En sistemas eléctricos de potencia el número más común de fases es 3, conocido como sistema trifásico. Cabe mencionar que, en lugar de un imán permanente, en el rotor también se puede usar otra espira energizada para producir la densidad de flujo magnético.
  • 21.
    Fuentes de GeneraciónTrifásica M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Un mayor número de fases permite transportar la misma potencia usando un mayor número de conductores y, por tanto, reduciendo la magnitud de las corrientes y el área transversal requerida en cada conductor. Tener conductores de menor área transversal reduce el costo de un sistema. Sin embargo, un mayor número de fases también significa tener que diseñar sistemas eléctricos con esquemas de control y protección más complejos, sin considerar que el mayor número de conductores también puede incrementar costos dependiendo de las dimensiones del sistema. Tiempo atrás se concluyó que, para el sistema eléctrico de potencia, 3 fases es el número más conveniente.
  • 22.
    Fuentes de GeneraciónTrifásica M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño GENERADOR TRIFÁSICO: • Cada devanado (winding) forma una fase del generador. • La rotación del electroimán induce una tensión sinusoidal en cada uno de los devanados. • Las tensiones sinusoidales inducidas tienen igual amplitud y están desfasadas 120° entre sí.
  • 23.
    Para los sistemasbalanceados: • 𝑉 𝑎𝑛 = 𝑉𝑏𝑛= 𝑉 𝑐𝑛 = 𝑉𝐿𝑁 → 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑙í𝑛𝑒𝑎 − 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 • 𝑉𝑎𝑏 = 𝑉𝑏𝑐 = 𝑉 𝑐𝑎 = 𝑉𝐿𝐿 → 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑙í𝑛𝑒𝑎 − 𝑙í𝑛𝑒𝑎 Conexión en estrella (Y) Conexión en delta (Δ) M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Conexión de Fuentes en Estrella (Y) y Delta (Δ)
  • 24.
    Para una cargabalanceada, es decir, con la misma impedancia por fase: Conexión en estrella (Y) Conexión en delta (Δ) • ഥ 𝒁𝒀 = ഥ 𝒁𝚫/𝟑 • ഥ 𝒁𝚫 = 𝟑ഥ 𝒁𝒀 M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Conexión de Cargas en Estrella (Y) y Delta (Δ)
  • 25.
    Secuencia positiva (abc) Secuencia negativa (acb) •ഥ 𝑽𝒂𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟎° • ഥ 𝑽𝒃𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡𝟐𝟒𝟎° • ഥ 𝑽𝒄𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟐𝟒𝟎° M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Secuencia Positiva y Secuencia Negativa Si tomamos a la fase del voltaje de la fase a como referencia podemos definir los fasores del voltaje de cada fase: • ഥ 𝑽𝒂𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟎° • ഥ 𝑽𝒃𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟐𝟒𝟎° • ഥ 𝑽𝒄𝒏 = 𝑽𝑳𝑵∡ − 𝟏𝟐𝟎° = 𝑽𝑳𝑵∡𝟐𝟒𝟎°
  • 26.
  • 27.
    ഥ 𝑽𝒂𝒃 = ഥ 𝑽𝒂𝒏𝟑∡𝟑𝟎° ഥ 𝑽𝒃𝒄 = ഥ 𝑽𝒃𝒏 𝟑∡𝟑𝟎° ഥ 𝑽𝒄𝒂 = ഥ 𝑽𝒄𝒏 𝟑∡𝟑𝟎° ത 𝑰𝒂 = ഥ 𝑽𝒂𝒏/ഥ 𝒁𝒀 ത 𝑰𝒃 = ഥ 𝑽𝒃𝒏/ഥ 𝒁𝒀 ത 𝑰𝒄 = ഥ 𝑽𝒄𝒏/ഥ 𝒁𝒀 𝑽𝑳𝑳 = 𝑽𝑳 = 𝟑𝑽𝑭 = 𝟑𝑽𝑳𝑵 En secuencia positiva, las tensiones de línea se adelantan 30° a las tensiones de fase. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Conexión Y-Y Balanceada - Sec (+)
  • 28.
    ഥ 𝑽𝒂𝒃 = ഥ 𝑽𝒂𝒏𝟑∡ − 𝟑𝟎° ഥ 𝑽𝒃𝒄 = ഥ 𝑽𝒃𝒏 𝟑∡ − 𝟑𝟎° ഥ 𝑽𝒄𝒂 = ഥ 𝑽𝒄𝒏 𝟑∡ − 𝟑𝟎° ത 𝑰𝒂 = ഥ 𝑽𝒂𝒏/ഥ 𝒁𝒀 ത 𝑰𝒃 = ഥ 𝑽𝒃𝒏/ഥ 𝒁𝒀 ത 𝑰𝒄 = ഥ 𝑽𝒄𝒏/ഥ 𝒁𝒀 𝑽𝑳𝑳 = 𝑽𝑳 = 𝟑𝑽𝑭 = 𝟑𝑽𝑳𝑵 En secuencia negativa, las tensiones de línea se atrasan 30° respecto a las tensiones de fase. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Conexión Y-Y Balanceada - Sec (-)
  • 29.
    ത 𝑰𝑨𝑩 = ഥ 𝑽𝑨𝑩/ഥ 𝒁𝚫 ത 𝑰𝑩𝑪= ഥ 𝑽𝑩𝑪/ഥ 𝒁𝚫 ത 𝑰𝑪𝑨 = ഥ 𝑽𝑪𝑨/ഥ 𝒁𝚫 ത 𝑰𝒂 = ത 𝑰𝑨𝑩 𝟑∡ − 𝟑𝟎° ത 𝑰𝒃 = ത 𝑰𝑩𝑪 𝟑∡ − 𝟑𝟎° ത 𝑰𝒄 = ത 𝑰𝑪𝑨 𝟑∡ − 𝟑𝟎° 𝑰𝑳 = 𝟑𝑰𝑭 En secuencia positiva, las corrientes de línea se atrasan 30° con respecto a las corrientes de fase. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Conexión Y-Δ Balanceada - Sec (+)
  • 30.
    ത 𝑰𝑨𝑩 = ഥ 𝑽𝑨𝑩/ഥ 𝒁𝚫 ത 𝑰𝑩𝑪= ഥ 𝑽𝑩𝑪/ഥ 𝒁𝚫 ത 𝑰𝑪𝑨 = ഥ 𝑽𝑪𝑨/ഥ 𝒁𝚫 ത 𝑰𝒂 = ത 𝑰𝑨𝑩 𝟑∡𝟑𝟎° ത 𝑰𝒃 = ത 𝑰𝑩𝑪 𝟑∡𝟑𝟎° ത 𝑰𝒄 = ത 𝑰𝑪𝑨 𝟑∡𝟑𝟎° 𝑰𝑳 = 𝟑𝑰𝑭 En secuencia negativa, las corrientes de línea se adelantan 30° con respecto a las corrientes de fase M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Conexión Y-Δ Balanceada - Sec (-)
  • 31.
    Conexión Δ-Y yΔ-Δ Balanceada Conexión Δ-Δ Conexión Δ-Y M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 32.
    Equivalente monofásico. Diagramas trifilaresy unifilares. Subunidad 1.4 M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 33.
    Equivalentes Monofásicos -Secuencia (+) Conexión Y-Y Conexión Y-Δ Conexión Δ-Y Conexión Δ-Δ M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 34.
    Potencia trifásica en cargasbalanceadas. Subunidad 1.5 M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño
  • 35.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas 𝑃𝐴 = 𝑉𝐴𝑁𝐼𝐴 cos 𝜃 ҧ 𝑍𝑌 = 𝑉𝐿𝑁𝐼𝐿 cos 𝜃 ҧ 𝑍𝑌 𝑃𝐵 = 𝑉𝐵𝑁𝐼𝐵 cos 𝜃 ҧ 𝑍𝑌 = 𝑉𝐿𝑁𝐼𝐿 cos 𝜃 ҧ 𝑍𝑌 𝑃𝐶 = 𝑉𝐶𝑁𝐼𝐶 cos 𝜃 ҧ 𝑍𝑌 = 𝑉𝐿𝑁𝐼𝐿 cos 𝜃 ҧ 𝑍𝑌 𝑷𝟑𝝓 = 𝟑𝑽𝑳𝑵𝑰𝑳 𝐜𝐨𝐬 𝜽ഥ 𝒁𝒀 = 𝟑𝑽𝑳𝑳𝑰𝑳 𝒄𝒐𝒔 𝜽ഥ 𝒁𝒀 + 𝑃𝐴𝐵 = 𝑉𝐴𝐵𝐼𝐴𝐵 cos 𝜃 ҧ 𝑍Δ = 𝑉𝐿𝐿𝐼𝐹 cos 𝜃 ҧ 𝑍Δ 𝑃𝐵𝐶 = 𝑉𝐵𝐶𝐼𝐵𝐶 cos 𝜃 ҧ 𝑍Δ = 𝑉𝐿𝐿𝐼𝐹 cos 𝜃 ҧ 𝑍Δ 𝑃𝐶𝐴 = 𝑉𝐶𝐴𝐼𝐶𝐴 cos 𝜃 ҧ 𝑍Δ = 𝑉𝐿𝐿𝐼𝐹 cos 𝜃 ҧ 𝑍Δ 𝑷𝟑𝝓 = 𝟑𝑽𝑳𝑳𝑰𝑭 𝐜𝐨𝐬 𝜽ഥ 𝒁Δ = 𝟑𝑽𝑳𝑳𝑰𝑳 𝒄𝒐𝒔 𝜽ഥ 𝒁Δ +
  • 36.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas Dado que ҧ 𝑍𝛥 = 3 ҧ 𝑍𝑌 en cargas balanceadas: 𝜃 ҧ 𝑧𝑌 = 𝜃 ҧ 𝑧𝛥 = 𝜃 = 𝜃 ҧ 𝑆3𝛷 Y por tanto, podemos generalizar las fórmulas para potencia en ambos tipo de conexión trifásica: Potencia Activa Trifásica [W]: P3𝜙 = 3VLLIL cos θ Potencia Reactiva Trifásica [VAR]: Q3ϕ = 3VLLIL sin θ Potencia Aparente Trifásica [VA]: 𝑆3ϕ = 3VLLIL Potencia Compleja Trifásica [VA]: ҧ 𝑆3ϕ = 3VLLIL∡θ
  • 37.
    Ejemplo 1 dePotencia Trifásica Datos: • Carga 3𝜙 balanceada, abc, referencia ത 𝑉 𝑎𝑛. • 𝑃3𝜙 = 480 [𝑘𝑊] • 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 • ҧ 𝑍𝐿 = 0.005 + 𝑗0.0025 [𝛺] • 𝑉𝐿𝐿 = 600 𝑉 → 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 Determine: a) Circuito monofásico b) ത 𝑰𝑨 c) ഥ 𝑽𝑨𝑩 → 𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 d) 𝒇𝒑 → 𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas
  • 38.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Ejemplo 1 de Potencia Trifásica Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas a) Circuito monofásico
  • 39.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Ejemplo 1 de Potencia Trifásica Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas b) ത 𝑰𝑨 ҧ 𝑍𝑌 = ҧ 𝑍𝐿 + ҧ 𝑍𝐶 ത 𝑉 𝑎𝑛 = 600 3 ∡0°[V] 𝑍𝐶 = 𝑉𝐿𝐿 2 𝑆3𝜑 = 600 2 480000 0.8 = 0.6 [Ω] 𝜃 = cos−1 0.8 = 36.87° ҧ 𝑍𝐶 = ҧ 𝑍𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 = 0.6∡36.87° [𝛺]
  • 40.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Ejemplo 1 de Potencia Trifásica Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas b) ത 𝑰𝑨 ҧ 𝐼𝐴 = ത 𝑉𝐴𝑁 ҧ 𝑍𝐶 = 600/ 3∡0° 0.6∡36.87° = 577.35∡ − 36.87° 𝐴 c) ഥ 𝑽𝑨𝑩 → 𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 ത 𝑉𝐴𝑁 = ത 𝑉 𝑎𝑛 + ҧ 𝐼𝐴 ҧ 𝑍𝐿 = 600∡0° + 577∡ − 36.87° 0.005 + 𝑗0.025 = 357.51∡1.57° [𝑉] ത 𝑉𝐴𝐵 = ത 𝑉𝐴𝑁 ∙ 3∡30° = 619.23∡31.57°[𝑉]
  • 41.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño Ejemplo 1 de Potencia Trifásica Potencia Trifásica en Cargas Balanceadas d) 𝒇𝒑 →𝐷𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜃𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝜃ഥ 𝑉𝐴𝑁 − 𝜃 ҧ 𝐼𝐴 = 1.57 − −36.87 = 38.44° fp = cos 𝜃𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = cos 38.44° = 0.7832 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜
  • 42.
  • 43.
    Datos: • 𝑃𝐴 =2 𝑀𝑊 , 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 • 𝑃𝐵 = 3 𝑀𝑊 , 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 • 𝑃𝐶 = 4 𝑀𝑊 , 𝑓𝑝 = 0.8 𝑒𝑛 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 • 𝑅𝐴𝐵 = 100 Ω 𝐿𝐴𝐵 = 80 [𝑚𝐻] • 𝑅𝐵𝐶 = 50 Ω 𝐿𝐵𝐶 = 50 [𝑚𝐻] • 𝑅𝐶𝐴 = 25 Ω 𝐿𝐶𝐴 = 25 [𝑚𝐻] • 𝑉𝐿𝐿 = 4160 𝑉 𝑒𝑛 sec(+) M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
  • 44.
    Determinar (Ref. ഥ 𝑽𝑨𝑩): a)Hallar ത 𝑰𝑭𝟏, ത 𝑰𝑳𝟏 de la carga delta. b) Hallar ഥ 𝑺𝟑𝝓_𝜟 de la carga delta. c) Hallar ത 𝑰𝑳𝟐 de la carga estrella. d) Hallar 𝑸𝒀 total. e) Hallar ത 𝑰𝑳 de la fuente. f) Hallar ഥ 𝑺𝟑𝝓 total. M.Sc. Jonathan Avilés Cedeño Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
  • 45.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño a) Hallar ത 𝑰𝑳𝑳𝟏, ത 𝑰𝑳𝟏 de la carga delta. ത 𝑰𝑨𝑩𝟏 = ഥ 𝑽𝑨𝑩 ഥ 𝒁𝑨𝑩 = 4160∡0° 100 + 𝑗 2𝜋 (60) 0.08 = 39.8281∡ − 16.7829°[𝐴] ത 𝑰𝑩𝑪𝟏 = ഥ 𝑽𝑩𝑪 ഥ 𝒁𝑩𝑪 = 4160∡ − 120° 50 + 𝑗 2𝜋 (60) 0.05 = 77.8515∡ − 140.6560° 𝐴 ത 𝑰𝑪𝑨𝟏 = ഥ 𝑽𝑪𝑨 ഥ 𝒁𝑪𝑨 = 4160∡120° 25 + 𝑗 2𝜋 (60) 0.025 = 155.7030∡99.3440°[𝐴] ത 𝑰𝑨𝟏 = ത 𝑰𝑨𝑩𝟏 − ത 𝑰𝑪𝑨𝟏 = 176.8937∡ − 68.9935°[𝐴] ത 𝑰𝑩𝟏 = ത 𝑰𝑩𝑪𝟏 − ത 𝑰𝑨𝑩𝟏 = 105.3731∡ − 158.9456°[𝐴] ത 𝑰𝑪𝟏 = ത 𝑰𝑪𝑨𝟏 − ത 𝑰𝑩𝑪𝟏 = 205.9757∡80.2374°[𝐴] Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
  • 46.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño b) Hallar ഥ 𝑺𝟑𝝓_𝜟 de la carga delta. ഥ 𝑺𝟑𝜱_𝜟 = ഥ 𝑽𝑨𝑩 ത 𝑰𝑨𝑩𝟏 ∗ + ഥ 𝑽𝑩𝑪 ത 𝑰𝑩𝑪𝟏 ∗ + ഥ 𝑽𝑪𝑨 ത 𝑰𝑪𝑨𝟏 ∗ = 1.0678 + 𝑗0.3906 [𝑀𝑉𝐴] c) Hallar ത 𝑰𝑳𝟐 de la carga estrella. ത 𝑰𝑨𝟐 = 𝑃𝐴 𝑉𝐴𝑁𝑓𝑝 ∡(𝜃ഥ 𝑽𝐴𝑁 −𝜃ഥ 𝒁𝑌 ) = 2000000 4160 3 0.8 ∡( − 30° − cos−1 0.8) = 1040.8959∡ − 66.87°[𝐴] ത 𝑰𝑩𝟐 = 𝑃𝐵 𝑉𝐵𝑁𝑓𝑝 ∡(𝜃ഥ 𝑽𝐵𝑁 − 𝜃ഥ 𝒁𝑌 ) = 1561.3439∡173.13°[𝐴] ത 𝑰𝑪𝟐 = 𝑃𝐶 𝑉𝐶𝑁𝑓𝑝 ∡(𝜃ഥ 𝑽𝐵𝑁 − 𝜃ഥ 𝒁𝑌 ) = 2081.7918∡53.13°[𝐴] Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
  • 47.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño d) Hallar 𝑸𝒀 total. 𝑄𝑌_𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑌_𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑝 sin cos−1 0.8 = 6.75[𝑀𝑉𝐴𝑅] e) Hallar ത 𝑰𝑳 de la fuente. ത 𝑰𝑨 = 176.8937∡ − 68.9935° 𝐴 + 1040.8159∡ − 66.86° 𝐴 = 1217.6858∡ − 67.1783°[𝐴] ത 𝑰𝑩 = 105.3731∡ − 158.9456° 𝐴 + 1561.3439∡173.13° 𝐴 = 1655.1838∡174.8385°[A] ത 𝑰𝑪 = 205.9757∡80.2374° 𝐴 + 2081.7918∡53.13° 𝐴 = 2267.0857∡55.5028°[A] Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado Circuitos Trifásicos Desbalanceadas
  • 48.
    M.Sc. Jonathan AvilésCedeño f) Hallar ഥ 𝑺𝟑𝝓 total. ഥ 𝑺𝟑𝝓 = ഥ 𝑺𝟑𝝓_𝚫+ ഥ 𝑺𝟑𝝓_𝒀 ഥ 𝑺𝟑𝝓 = 1.0678 + 𝑗0.3906 + 9 + 𝑗6.75 = 10.068 + 𝑗7.1406 [𝑀𝑉𝐴] Ejemplo 1 de Trifásico Desbalanceado Circuitos Trifásicos Desbalanceadas