Sistemas trifasicos desequilibrados

Contenido

Objetivos        

Procedimiento        

Listado de componentes        

Desarrollo teórico        

1.- Investigue sobre las consecuencias que trae al sistema de generación y distribución un desequilibrio en las cargas.        

2.- ¿Qué problemas podría enfrentar el usuario?        

3.- Dibuje un circuito trifásico con una carga estrella desequilibrada, de las siguientes características:        

4.- Para la configuración indicada, determine los voltajes y corrientes de fase y línea en los terminales de la carga para las siguientes situaciones, si se alimenta con 200 [V] línea, secuencia positiva:        

A.        Con los neutros sólidamente unidos.        

B.        Con los neutros unidos por una impedancia de 60 + j20Ω.        

C.        Con neutro flotante.        

Diagramas Fasoriales        

Valores de las variables calculadas:        

Conclusiones preliminares        

Objetivos

• Realizar los cálculos previos de corrientes y voltaje para luego verificarlos experimentalmente.
• Visualizar relaciones de desfases y magnitudes de las variables en sistemas trifásicos desequilibrados.
• Medición de voltajes y corrientes en sistemas trifásicos desequilibrados.
• Construcción de diagramas Fasoriales.

Procedimiento

Primero a partir de los cálculos fue posible determinar los instrumentos de medición apropiados para la actividad los cuales serán pedidos en pañol al igual que los componentes necesarios para implementar los circuitos de trabajo, estos últimos vienen especificados por el profesor.

 Instrumentos de medición necesarios para realizar la actividad.                                                                                   

Luego se procederá a dibujar y armar los circuitos eléctricos teniendo claro que variables se deberán medir y así poder colocar los instrumentos de medida de la manera correcta como se puede observar en los siguientes diagramas:

[pic 1]Diagrama de conexión estrella, neutro solido, con los respectivos instrumentos de medición.

[pic 2]Diagrama de conexión estrella, neutro encadenado, con los respectivos instrumentos de medición.

[pic 3] Diagrama de conexión estrella, neutro flotante, con los respectivos instrumentos de medición.

Obs: En los diagramas no se muestran todas las mediciones que se realizaran por ej. Faltan las mediciones de los voltajes en resistencias, condensadores e inductores, además de algunos voltajes entre líneas y fase.

Una vez realizadas las respectivas mediciones se procederá a comparar con los valores teóricos calculados y de esta manera comprobar la teoría tratada en clases acerca de los circuitos trifásicos desequilibrados. Lo que permitirá obtener conclusiones acerca de estos fenómenos eléctricos.

Listado de componentes

• 1 Variac Trifásico.
• 4 resistencias de 66, 60, 30, 10 Ohm.
• 2 inductores de  63.7 mH.
• 2 capacitores de  55 µF.
• 15 chicotes.

Desarrollo teórico

1.- Investigue sobre las consecuencias que trae al sistema de generación y distribución un desequilibrio en las cargas.

A consecuencia de cargas desequilibradas, las pérdidas se ven maximizadas, con respecto a las pérdidas que se producen en sistemas trifásicos equilibrados.

Si de una línea de tensiones equilibradas se absorbe una potencia P por una carga trifásica equilibrada de factor de potencia cos, la intensidad por cada fase vale:[pic 4]

[pic 5]

V es el valor eficaz de la tensión entre fases de la línea de alimentación. La intensidad del neutro es nula. Por tanto la potencia que se pierde en la línea vale:

[pic 6]

Si la misma potencia es absorbida por una carga monofásica del mismo factor de potencia que la trifásica anterior conectada entre dos fases, la intensidad por esas dos fases vale:

[pic 7]

Y es nula en el resto de los conductores; por tanto la potencia perdida vale:

[pic 8]

De forma que:

[pic 9]

Es decir, sólo por causa del desequilibrio se ha duplicado la potencia perdida en la línea.

Si un receptor monofásico que absorba la misma potencia con el mismo factor de potencia se conecta entre fase y neutro los efectos son peores, ya que entonces la intensidad vale:

[pic 10]

Y la potencia perdida en la línea:

[pic 11]

Con lo que:

[pic 12]

Resultando que la potencia perdida en la línea se multiplica por seis respecto a la que se pierde cuando la misma potencia se entrega a una carga trifásica equilibrada. Se ha supuesto que el conductor neutro tiene la misma resistencia que cada una de las fases, y que la caída de tensión en cada caso no produce desequilibrio ni variación apreciables de las tensiones de los receptores.

2.- ¿Qué problemas podría enfrentar el usuario?

El principal problema que estas cargas desequilibradas le pueden causar al usuario es el incremento de la potencia consumida en su sistema, lo que le puede significar un incremento en el pago mensual de su consumo de electricidad.

En un sistema equilibrado ideal, por el neutro no circula corriente debido a que las corrientes equilibradas se anulan, al desequilibrar las cargas las corrientes no se anulan del todo y por el neutro circula corriente, produciendo un potencial y desequilibrando los voltajes de fase.

Debido a que el usuario conecta cargas monofásicas entre una fase y un neutro  (voltaje de fase), el voltaje es alterado por el potencial del neutro. Esto puede ser perjudicial para los artefactos eléctricos.

3.- Dibuje un circuito trifásico con una carga estrella desequilibrada, de las siguientes características:

Fase a: impedancia 66 + j20Ω

Fase b: impedancia R-C  30 -j58 Ω

Fase c: impedancia resistiva de 10- j58 Ω 

[pic 13]

Esquema del circuito con carga trifásica desequilibrada conectada en estrella.

4.- Para la configuración indicada, determine los voltajes y corrientes de fase y línea en los terminales de la carga para las siguientes situaciones, si se alimenta con 200 [V] línea, secuencia positiva:

Datos previos que se requerirán para los cálculos:

Para el cálculo de las variables de los circuitos se tiene el Teorema de Millmann:

Donde  representa los voltajes de fase de la fuente,  la admitancia que se encuentra conectada en el neutro e  la admitancia conectada en las distintas fases.[pic 24][pic 25][pic 26]

1. Con los neutros sólidamente unidos.

[pic 27]

Circuito con una carga trifásica desequilibrada conectada en estrella con neutro sólidamente unida

En este caso tenemos que la impedancia entre los neutros es cero , lo que implica que . Ya que “n” y “N” corresponden a un mismo nodo.[pic 28][pic 29]

Con lo cual los voltajes de fase de la fuente son iguales a los voltajes de fase de la carga conectada en estrella:

 /-30° [V];       /-150° [V];       /90° [V][pic 30][pic 31][pic 32]

Por lo cual es posible obtener la corriente de la siguiente relación, recordando que en un sistema trifásico conectado en estrella las corrientes de fase son iguales a las de Línea:

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