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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Damián Laloux, 2003 Sistemas Trifásicos Tema 3 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 1 M. Ventosa & D. Laloux, 2003 Índice Definiciones y diagramas vectoriales Sistema trifásico equilibrado Secuencia de fases Conexión en estrella Tensiones de fase (simples), corrientes de fase (de línea) Conexión en triángulo Tensiones compuestas (de línea), corrientes de rama Teorema de Kennelly: Equivalencia estrella-triángulo Circuito monofásico equivalente Conexión estrella-triángulo estandarizada Potencia en sistemas trifásicos

Sistemas Trifásicos - Departament de Físicadfs.uib.es/GTE/education/industrial/con_maq_electriques/teoria... · Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 19 M. Ventosa

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

Damián Laloux, 2003

Sistemas Trifásicos

Tema 3

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 1 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

ÍndiceDefiniciones y diagramas vectoriales

Sistema trifásico equilibradoSecuencia de fasesConexión en estrella

Tensiones de fase (simples), corrientes de fase (de línea)Conexión en triángulo

Tensiones compuestas (de línea), corrientes de rama

Teorema de Kennelly:Equivalencia estrella-triángulo

Circuito monofásico equivalenteConexión estrella-triángulo estandarizadaPotencia en sistemas trifásicos

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 2 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Índice (y II)Red infinita con carga desequilibrada

Concepto de red infinitaCarga desequilibrada en triánguloCarga desequilibrada en estrella

Medida de potencias y energía trifásicasMétodos de medida de potencia activa

Un vatímetro (tetrafilar y trifilar)Dos vatímetros (Aron)Tres vatímetros (tetrafilar y trifilar)

Medida de reactivaMedida de energía

Comparación entre el transporte en monofásicay en trifásica

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 3 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

DefiniciónUn sistema trifásico equilibrado de tensiones(corrientes) está formado por:

( ) ( )

( )

( )

1

2

3

2

223

223

e t E sen t

e t E sen t

e t E sen t

ω ψ

πω ψ

πω ψ

= ⋅ ⋅ +

= ⋅ ⋅ + − = ⋅ ⋅ + +

Mismovaloreficaz

MismapulsaciónDesfase

uniformede 120º

1e

ψ

2e

3e

23π

43π

23π

+

23π

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 4 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Diagrama vectorialUn sistema trifásico equilibrado de tensiones(corrientes) se suele representar en su formavectorial simbólica:

1

23

2

23

3

j

j

j

E E e

E E e

E E e

ψ

πψ

πψ

+

= ⋅

= ⋅

= ⋅

Mismovaloreficaz

Desfaseuniformede 120º

ψ

23π

23π

23π

0je

1E3E

2E

ω

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 5 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Secuencia de fases R S TLos sistemas trifásicos de tensiones y corrientesse suelen notar empleando las letras R, S y T:

0

23

23

= ⋅

= ⋅

= ⋅

jR

j

S

j

T

E E e

E E e

E E e

π

π

La secuencia de fases RST se denomina Secuencia Directa

23π 2

RE

TE SE23π

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 6 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Conexión en estrella (Y)Los tres elementos de una estrella se unen en unpunto común denominado habitualmente“neutro” (N)

Sistema trifásico tetrafilar: 3 fases RST con neutro NSistema trifásico trifilar: 3 fases RST sin neutroaccesible

R

ST

NRU

TU

SU

RI

TI

SI

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 7 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Tensiones y corrientes en la estrellaLas tensiones que soportan cada uno de los treselementos de la estrella se denominan tensionesde fase o simples

R

ST

NRU

TU

SU

RI

TI

SI

Las corrientes quecirculan por cada unode los tres elementosde la estrella sedenominan corrientesde fase o de línea

Page 5: Sistemas Trifásicos - Departament de Físicadfs.uib.es/GTE/education/industrial/con_maq_electriques/teoria... · Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 19 M. Ventosa

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 8 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Diagramas vectoriales en la estrellaConsiderando que la corriente de cada faseestá retrasada un ángulo ϕ respecto de sucorrespondiente tensión de fase:

0je

RU

TU SU

0

23

23

= ⋅

= ⋅

= ⋅

jR f

j

S f

j

T f

U U e

U U e

U U e

π

π

( )

23

23

jR

j

S

j

T

I I e

I I e

I I e

ϕ

π ϕ

π ϕ

− −

= ⋅

= ⋅

= ⋅

ϕRI

TI

SI

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 9 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

2 20 3 3 0

0

0

− + + = ⋅ + + =

= + + =

=

=

=

=

j jjR S T f

N R S T

N

R RN

S SN

T TN

U U U U e e e

I I I I

U

U U

U U

U U

π π

Tensión del neutro en la estrellaAl tratarse de un sistema trifásico equilibrado detensiones e intensidades, se verifica que:

NINZ

R

ST

NRU

TU

SU

RI

TI

SI

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 10 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Conexión en triángulo (D o ∆)Los tres elementos de un triángulo se conectanen serie formando un circuito cerrado, por lo queno existe neutro

Sistema trifásico trifilar: tres fases RST sin neutroaccesible

R

ST

RU

TU

SU

RI

TI

SI

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 11 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Las tensiones que soportan cada uno de lostres elementos del triángulo se denominantensiones de línea o compuestas

Tensiones en el triángulo

RSUTRU

STU

R

S

T

Las tensiones nominales siempre son tensiones de línea

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 12 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

20 30º· 30º·3 3· · 3· ·

− = − = ⋅ − = =

jj j jRS R S f f RU U U U e e U e U e

πρ ρ

SU−

Tensiones en el triángulo (II)

RU−2

0 150º· 30º·3 3· · 3· ·

= − = ⋅ − = =

j j j jTR T R f f TU U U U e e U e U e

πρ ρ

TRU

TU−

2 290º· 30º·3 3 3· · 3· ·

− − = − = ⋅ − = =

j j j jST S T f f SU U U U e e U e U e

π πρ ρ

STU

0je

RU

TU

SU

30ºRSU

0RS ST TRU U U+ + =

Las tensiones compuestas formanotro sistema trifásico equilibrado

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 13 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

TU

RU

SU

Tensiones en el triángulo (y III)

0+ + =RT SR TSU U U

R

ST

0je

RU

TU

SU

TSU

90º·3· ·= − = jTS T S fU U U U e ρ

SU−

TSU

30º·3· · −= − = jRT R T fU U U U e ρ

RTU

TU−

RTU

SRU

150º·3· · −= − = jSR S R fU U U U e ρ

RU−

SRU

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 14 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Corrientes en el triánguloLas corrientes que circulan por cada uno delos elementos del triángulo se denominancorrientes de rama

0

=

=

=

+ + =

RSRS

STST

TRTR

RS ST TR

UIZ

UI

Z

UIZ

I I I

RI

TI

SI

R

ST

Z∆Z∆

Z∆

RSI

STI

TRI

También forman un sistema trifásico equilibrado

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 15 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

RI

TI

SI

RSI

TRISTI

TRI−STI−

RSI−

Corrientes en el triángulo (II)Las corrientes de rama son veces menoresque las de línea:

R

ST

RI

TI

SI

RSI

STI

TRI

3

( )

( )

( )

30º13

30º13

30º13

·3

·3

·3

= − =

= − = − ⇒ = − =

= − = − =

jRRS R S

R RS TR

jSS ST RS ST S T

T TR STjT

TR T R

II I I eI I I

II I I I I I e

I I III I I e

ρ

ρ

ρ

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 16 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Diagrama vectorial del triángulo

UR

_

UT

_US

_

URS

_

UTR

_

UST

_

IR

_

IT

_

IS

_

IRS

_

IST

_

ITR

_

ϕ

ϕϕ

ϕ

ϕϕ ϕ: retraso de las I

con respecto a sus correspondientes U

Tensiones de línea

Tensiones de faseCorrientes de línea o fase

Corrientes de rama(circulan por dentro del ∆)

Se considera carga equilibrada con Z Z∆ ∆= ϕ

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 17 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Ejemplo I

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

( )11 2 3 1 3

1 2 3 3 1

1 2 3

2· · · · ·

0 · 3· · ·

· · 2· ·

R S Y Y R R Y

S

S T Y Y

E E Z Z I Z I Z I I I E Z Z

Z I Z I Z I I I I

E E Z I Z I Z Z I

∆ ∆ ∆

∆ ∆ ∆

∆ ∆

− = + − − = = += − + − ⇒ = −− = − − + +

( )( )

13

13 3

·

·

S Y

R T Y

E Z Z

I I E Z Z

= + = − = +

1I

2I

3I

R

S

T

RE

YZ

YZ YZTE

SE

+-

+-

+-

RI

TI

SI

R

T

Z∆

Z∆

Z∆

TRI

RSI

STIS

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 18 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Teorema de KennellyA

B

ABE

+-

+-

+-CAZ

CAE

BCE

BCZ

ABZ

C

A

BC

AE+-

+-

+-

AZ

CZ BZ

CE

BE

⋅=

+ +

⋅=

+ +

⋅=

+ +

AB CA

AB BC CA

AB BC

AB BC CA

BC CA

AB BC A

A

B

CC

ZZ Z

Z Z Z

Z

Z

Z ZZ Z Z

Z ZZ Z Z

⋅ + ⋅ + ⋅=

⋅ + ⋅ + ⋅=

⋅ + ⋅ + ⋅=

A B B C C AAB

BC

CA

C

A B B C C A

A

A B B C C A

B

Z Z Z Z Z ZZ

Z Z Z Z Z ZZ

Z Z Z

Z

Z Z ZZ

Z

Z

= −

= −

= −

AB

BC

C

A B

B C

A C A

E E

E

E EE

E

E

E

= −

= −

= −

CAAB

AB CA

BC AB

BC AB

CA BC

CA BC

A A

B B

C C

EEZ Z

E Z

EE EZ

E Z

Z Z

E EZ Z

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 19 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Equivalencia estrella-triánguloTodo circuito trifásico conectado en triángulotiene una estrella equivalente y viceversa:

Esta equivalencia es extremadamente útil

30º

30º

30º

33· ·

3· ·

·3

Y

jRS R

jRS R

jRRS

ZZ

U U e

E E e

II e

ρ

ρ

ρ

= = ⇐ ⇒

= =

SI

R

ST

RE+-

+-

+-

YZ

YZ YZTE

SE

RI

TI

R

S

T

RSE

+-

+-

+-Z∆

TRE

STE

Z∆

Z∆

RSI

STI

TRI

T

Page 11: Sistemas Trifásicos - Departament de Físicadfs.uib.es/GTE/education/industrial/con_maq_electriques/teoria... · Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 19 M. Ventosa

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 20 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Circuito monofásico equivalenteConectando cargas trifásicas equilibradas atensiones trifásicas equilibradas, el circuito siguesiendo equilibrado y se desacopla en tres:

( )0

2233

2 23 3

0

− −−

= ⋅= ⋅ = ⋅ ⇒ = ⋅ ⇒ =

= ⋅ = ⋅

jjRR

jj

S S N

j j

T T

I I eE E e

E E e I I e I

E E e I I e

ϕ

ππ ϕ

π π ϕ

( )

2 2 30º0 3 3

2 2 30º3 3

3·;

; 3

jj jj RS R

R S R T R

j jRj j RSRS R T R

U U eU U e U U e U U e

II eI I e

I I e I I e

π π ρ

ϕ π π ρ

− −

= ⋅= ⋅ = ⋅ = ⋅ ⇒ ⇒ = ⋅= ⋅ = ⋅ = ⋅

Resolviendo una sola fase, típicamente la R,se conocen todas las tensiones y corrientes:

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 21 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Ejemplo IIResolución del circuito del ejemplo I:

TRI

R

S

T

RE+-

+-

+-

YZ

YZ YZ

TESE

RI

TI

SI

R

T

Z∆

Z∆

Z∆

RSI

STI

S

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 22 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Ejemplo II aLos triángulos se transforman en sus estrellasequivalentes:

R

S

T

RE +-

+-

+-

YZ

YZ YZ

TE SE

RI

TI

SI

R

3Z∆

NZ 0NI =

3Z∆

3Z∆

T

N N’

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 23 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

( )13

13

·

·

R R Y

R R

I E Z Z

U I Z

= +

= ⋅

Ejemplo II bSe resuelve una fase fácilmente al conocer latensión de todos los neutros: UNN’= 0

R

S

T

RE +-

+-

+-

YZ

YZ YZ

TE SE

RI

TI

SI

R

3Z∆

NZ

3∆Z

3∆Z

T

N N’= N

RU

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 24 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

( )23

13 2

3

23

13 2

3

·

·

= ⋅= + ⇒

= ⋅

= ⋅= ⋅ ⇒

= ⋅

j

S RR R Y

j

T R

j

S RR R

j

T R

I I eI E Z Z

I I e

U U eU I Z

U U e

π

π

π

π

TU SU

ϕ

RI

TI

SI

RU

Ejemplo II cSe calculan, si es necesario, las corrientes ytensiones de las otras fases:

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 25 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

30º·

90º·13

150º·

3· ·

· 3· ·

3· ·

jRS R S R

jR R ST S T R

jTR T R R

U U U U e

U I Z U U U U e

U U U U e

ρ

ρ

ρ

−∆

= − == ⋅ ⇒ = − =

= − =

S

TRU

R

T

RU

SUTU

RSUTRU

STU

Ejemplo II dSe calculan, si es necesario, las tensionescompuestas:

Page 14: Sistemas Trifásicos - Departament de Físicadfs.uib.es/GTE/education/industrial/con_maq_electriques/teoria... · Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 19 M. Ventosa

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 26 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

( )

30º

90º13

150º

·3

· ·3

·3

jRRS

jRR R Y ST

jRTR

II e

II E Z Z I e

II e

ρ

ρ

ρ

−∆

=

= + ⇒ = =

TRI

R

ST

RI

TI

SI

RSI

STI

Z ∆

Z ∆

Z ∆

RSRS

UIZ∆

=

En general hay variasformas de llegar almismo vector:

Ejemplo II eSe calculan, si es necesario, las corrientes derama:

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 27 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Conexión Y-∆ estandarizada

U WV

Z X Y

U WV

Z X Y

X

U

W

ZY

V

X

U

W

Z

Y V

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 28 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Potencia instantánea trifásica

R S T R R S S T Tp(t) p (t) p (t) p (t) u (t)i (t) u (t)i (t) u (t)i (t)= + + = + +

( )f

f

f

p(t) 2U sen( t) 2Isen t

2 22U sen t 2Isen t3 3

2 22U sen t 2Isen t3 3

= ω ⋅ ω − ϕ +

π π + ω − ⋅ ω − ϕ − +

π π + ω + ⋅ ω −ϕ +

En trifásica, la potencia instantánea es la sumade las potencias instantáneas de cada fase:

Y si es equilibrada, en las tres fases pasa lomismo:

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 29 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Operando, resulta:

¡La potencia instantánea NO depende deltiempo!

Es una de las ventajas de la trifásica

fp(t) 3U I cos 3 U I cos cte.= ϕ = ϕ =

( )( )f

f

f

p(t) U I cos cos 2 t

2U I cos cos 2 t3

2U I cos cos 2 t3

= ϕ− ω −ϕ +

π + ϕ− ω − −ϕ + π + ϕ− ω + −ϕ

Potencia instantánea trifásica (y II)

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 30 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Activa: valor medio de la instantánea:

o suma de las activas de cada fase:

Reactiva: Σ de las reactivas de cada fase:

Aparente: Σ de las aparentes de cada fase:

f1P p(t)dt p(t) 3U I cos 3 U I cosT

= = = ϕ = ϕ∫

R S T fQ Q Q Q 3U Isen 3UIsen= + + = ϕ = ϕ

* * * jR S TR S T R S TS S S S U I U I U I 3UI e P jQϕ= + + = + + = = +

R S TP P P P= + +

Potencias activa, reactiva y aparente

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 31 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Una red (o nudo de potencia) infinita conservala tensión y la frecuencia independientementede la carga que se le conecte

Su dipolo de Thévenin equivalente es una fuente detensión ideal. (ZTh = 0)

Proviene de considerar infinitos generadores realesde la misma tensión, en paralelo:

ZTh sería el paralelo de las infinitas impedancias internasde los generadores 0

Concepto de red infinita

E_

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 32 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Carga desequilibrada en triánguloCaso general: cada rama del ∆ es un dipolo deThévenin: T

3E

+-

+-

+-

1Z

1E

2E2Z

3Z

3I

2I

1ISI

R

ST

RE+-

+-

+-TE

SE

RI

TI

Las tensiones de las ramas del ∆ están determinadas:ninguna dificultad especial

Nótese que NO se puede plantear un circuitomonofásico equivalente

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 33 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Carga desequilibrada en estrellaCaso general: cada rama de la estrella es undipolo de Thévenin y el neutro tiene ZN

Si ZN = 0, las tensiones de las ramas de la estrellaestán determinadas: ninguna dificultad especialSi ZN ≠ 0, en primer lugar hay que determinar UN’N (o IN)

'N NU

NI

RZ

SZ

TZ

SI

R

ST

RE+-

+-

+-TE

SE

TI

'RE +-

+-

+-

'TE

'SEN N’

NZ

RI

Page 18: Sistemas Trifásicos - Departament de Físicadfs.uib.es/GTE/education/industrial/con_maq_electriques/teoria... · Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 19 M. Ventosa

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 34 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Método del desplazamiento delcentro de estrella

( )( )

''

' '

'

''

' '

'

= − −= + += + + ⇔ = − −= + + =

R R R R R N NR R R R N N

S S S S N N S S S S S N N

T T T T N N T

I Y E E Y UE E Z I U

E E Z I U I Y E E Y U

E E Z I U I Y ( ) ''

− − T T T T N NE E Y U

' = = + +N N N N R S TY U I I I IY como:( )

, ,'

, ,

'=

=

−=

+

∑Resulta:

k k kk R S T

N NN k

k R S T

Y E EU

Y Y

1º) Calcular el “desplazamiento del centro deestrella”2º) Obtener y el resto de incógnitas

'N NU, ,R S TI I I

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 35 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Desplazamiento del centro de estrella:Diagrama vectorial

URN’_

UTN’_

USN’_

UN’N_

N’

ER_

ET_

ES_N

R

ST

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 36 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Potencias en sist. desequilibradosLa potencia instantánea ya NO es constanteLa potencia activa, ya no es igual a √3 U I cosϕ:

La potencia reactiva tampoco es √3 U I senϕ:

Ni la potencia aparente es √3 U I :

Y el factor de potencia (equivalente) es:

R S T R R R S S S T T TQ Q Q Q U I sen U I sen U I sen= + + = ϕ + ϕ + ϕ

* * *R S TR S T R S TS S S S U I U I U I P jQ= + + = + + = +

R S T R R R S S S T T TP P P P U I cos U I cos U I cos= + + = ϕ + ϕ + ϕ

( ) ( )R S T

2 2R S T R S T

P P P PF.P.S P P P Q Q Q

+ += =

+ + + + +

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 37 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Medida de potencia activa trifásicaLos distintos métodos se basan en alguna de lasecuaciones:

R S T fP P P P 3U Icos 3UIcos= + + = ϕ = ϕ

Hay que tener en cuenta distintos condicionantes:Si son válidos con tensiones desequilibradas;Si son válidos con corrientes desequilibradas;Si se dispone de tres o cuatro hilos;Cuántos vatímetros se necesitan

Aparecerán constantes de multiplicación:Debidas al propio métodoDebidas a los aparatos: trafos de intensidad, etc...

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 38 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Un vatímetro con tensión simple

Válido si hay equilibrio en tensiones y enintensidadesNecesita cuatro hilos

**

CargaRS

NT

med R R RP U I cos= ϕ m med R R RP K P 3 U I cos= = ϕ

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 39 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Un vatímetro con tensiones simples(trifilar)

Válido si hay equilibrio en tensiones y enintensidadesEn trifilar, se crea un neutro artificial con unaestrella equilibrada de resistencias con el valorde la bobina voltimétrica

med R R RP U I cos= ϕ m med R R RP K P 3 U I cos= = ϕ

**

CargaRST

Rvolt

Rvolt

Rvolt

Neutro artificial

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 40 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Dos vatímetros. (Método de Aron)

Válido con desequilibradaSólo en sistemas trifilares (⇒ iS = - iR - iT)

( )( ) ( )

R R S S T T R R S R T T T

R S R T S T RS R TS T

p u i u i u i u i u i i u i

u u i u u i u i u i

= + + = + − − + =

= − + − = +

1 2med medP P P= +

**

CargaRST *

*

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 41 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Tres vatímetros (tetrafilar)

Válido con desequilibradaNecesita cuatro hilos

1

2

3

med R

med S

med T

P P

P P

P P

=

=

=1 2 3med med medP P P P= + +

**

CargaRS

NT

**

**

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Tres vatímetros (trifilar)

Válido con desequilibrada. M cualquieraDebe ser trifilar. Pero Aron lo supera

1

2

3

med RM R

med SM S

med TM T

1P u i dtT1P u i dtT1P u i dtT

=

=

=

∫( )

1 2 3med med med

R S T M R S T

P P P

1 p p p u (i i i ) dtT

+ + =

= + + − + +∫

**

CargaRS

M

T*

*

**

1 2 3med med medP P P P= + +

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 43 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Medida de potencia activa trifásica.Resumen

Método 3 Hilos 4 Hilos Desequilibrada

1 vatímetro Sí(ntro. art.) Sí No válido

2 vatímetros(Aron) Sí No Válido

3 vatímetros (Sí) Sí Válido

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 44 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Vatímetros trifásicosEn los casos anteriores, hay que sumar laslecturas o multiplicarlas por constantesPuede ocurrir que algún aparato indique alrevés y haya que cambiar su polaridadEstos inconvenientes se evitan con vatímetrostrifásicos de dos o tres equipos vatimétricos,pero un solo indicadorSuelen estar conectados internamentesiguiendo los métodos descritos:

2 equipos: método de Aron3 equipos: método de los tres vatímetros

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 45 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Convertidores de potencia activaSon instrumentos electrónicos de precisión:

Señal AC ➨ Señal DC ppnal. y fácilmente medibleEntrada: transformador + rectificador + filtroSalida: fuente ideal de corriente (o tensión)

Los convertidores de potencia activa monofásicostienen dos entradas independientes: U e I

Presentan buena precisión y bajo consumo

Los convertidores polifásicos se componen dedos o tres equipos monofásicos y aplican losmétodos vistos anteriormente

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 46 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Varímetro electrodinámicomonofásico

Se puede considerar que es un vatímetro“trucado”:

Por la bobina voltimétrica (móvil) circula una iproporcional a la u(t) de interés pero retrasada 90º

Con ello la desviación de la aguja es proporcional a Q:( )K U Icos 90º K U Isen K Qα = ϕ− = ϕ =

El desfase de 90º se consigue mediante bobinas ocondensadores

Las impedancias dependen de la frecuencia: sólo se consiguenlos 90º a la frecuencia de diseño

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 47 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Métodos de medida de potenciareactiva

La potencia reactiva puede medirse:Con los mismos montajes que para potencia activa,sustituyendo los vatímetros por varímetros

(Salvo los que utilizan neutro artificial: )volt. volt.Z R≠

2 2Q S P= −

Utilizando vatímetros con conexiones particularesTípicamente retrasando las tensiones 90º

Midiendo la activa con vatímetros, la aparente convoltímetros y amperímetros y deduciendo Q:

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 48 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Medida de energía en sistemastrifásicos

Se suele medir con contadores de inducción dedos o tres equipos:

Dos motores vatimétricos conectados según el métodode Aron para sistemas trifilares

Los dos motores y el freno de imán permanente actúan sobreuno o dos discos, sumando sus efectos

Tres motores vatimétricos conectados uno a cada fasepara sistemas tetrafilares

Los tres motores y el freno de imán permanente se repartenentre dos discos montados sobre un mismo eje

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 49 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Contador de inducción trifásico

Contador de 2 equipos(Método de Aron)

Amperimétrica (R)

FrenoVoltimétrica (TS)

Amperimétrica (T)Voltimétrica (RS)

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 50 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Comparación entre el transporteen monofásica y en trifásica

Queremos transportar energía eléctrica:una potencia aparente S,a una distancia L,a una tensión fase-neutro U,utilizando un conductor de resistividad ρ,que soporta una densidad de corriente máxima δ.

Realizamos un análisis muy simplificado,pero cualitativamente significativo

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 51 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Monofásica vs. trifásica (II)En monofásica:

Sección del conductor:

Cantidad de material conductor (⇒ coste de inversión)

Resistencia de 1 conductor:

Pérdidas (⇒ coste de explotación) :

S S SIU U UΙ

ΙΙ

= ⇒ ==

I SAU

ΙΙ = =

δ δ ⋅

2 S LM 2 A LUΙ Ι

⋅ ⋅= ⋅ ⋅ =

δ ⋅L L URA SΙ

Ι

ρ ⋅ ⋅δ ⋅= ρ ⋅ =

2I

2 S LP 2 R IUΙ Ι

⋅ ⋅ρ ⋅δ ⋅= ⋅ ⋅ =

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Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 52 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Monofásica vs. trifásica (III)En trifásica:

Sección del conductor:

Cantidad de material conductor (⇒ coste de inversión)

Resistencia de 1 conductor:

Pérdidas (⇒ coste de explotación) :

II IIII

IIII

S S S SI3 U3 UU 3U

Ι ΙΙ

ΙΙ

= ⇒ = = ⋅⋅=

IIII

I SA3 U

ΙΙ = =

δ ⋅δ ⋅

II IIS L MM 3 A L

U 2Ι

Ι Ι⋅

= ⋅ ⋅ = =δ ⋅

IIII

L 3 L URA SΙ

Ι

⋅ρ ⋅ ⋅δ ⋅= ρ ⋅ =

2II II III

S L PP 3 R IU 2

ΙΙ Ι

⋅ρ ⋅δ ⋅= ⋅ ⋅ = =

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T3 - 53 M. Ventosa & D. Laloux, 2003

Monofásica vs. trifásica (y IV)

Análisis de sensibilidad:Era obvio que los costes aumentan con L y con SReducir ρ suele implicar un conductor más caro

Cobre frente a aluminio, por ejemplo

Aumentar δ depende del conductor y de surefrigeración, que incrementa mucho el coste

Se observa que aumentar U sólo aporta beneficiosPor ello se realiza el transporte en alta tensiónLas limitaciones suelen ser de orden técnicoEste ejemplo no considera los costes que conlleva: mayoraislamiento y tamaño de las torres, etc...