Desbalanceados
Objetivo
Analizar circuitos trifásicos balanceados y desbalanceados mediante el empleo del simulador PSpice.
Primero se identifican las fases del generador viendo que la señal de la fase B esté atrasada a la fase A en -120° y C tenga un adelanto de 120° con respecto a A. Esto se muestra en la figura.
Experimento 1 Circuito trifásico balanceado en estrella de 4 hilos
Se conecta el circuito con PSpice para obtener los valores en magnitud y fase de los voltajes de línea VL (VAB, VBC, VCA) y de fase VF (VAN, VBN, VCN) y determinar como están
relacionados.
Sabemos que la relación entre estos fasores es
° ∠
= 3 F 30
L V
V
Así que se medirá VAB y VAN. Conociendo éstos, los voltajes de línea y fase restantes tendrán
La asignación de parámetros para el análisis en el tiempo es
Al ejecutar la simulación (F11) es posible graficar todos los voltajes y corrientes. En este caso se ha presentado el voltaje de fase identificado como V(A) y el voltaje de línea V(AB) identificado como V(A)-V(B). La pantalla del curso indica las amplitudes pico de las dos señales, obteniendo 3 39 . 12 47 . 21 = = F L V V y un ángulo de ° ≈ =(93.59µ)(360)(925) 30 θ
Experimento 2 Circuito trifásico balanceado de 4 hilos
En este circuito se analiza el voltaje y la corriente de la fase. Ya que es una carga resistiva, estas señales deben estar en fase.
Las fuentes y la asignación de parámetros sigue siendo la misma del experimento 1, por lo que no se incluye.
En la gráfica se observa que las dos señales están en fase, que era lo que se esperaba.
Ahora se desconectará el neutro de la tierra, pero ya que el sistema está balanceado los voltajes siguen siendo los mismos. Esto se verifica en la gráfica de resultados.
En estas gráficas se ha incorporado un eje adicional para la corriente, fin de que los intervalos de las magnitudes se presenten de manera independiente y se puedan apreciar mejor las dos señales. Esto se realiza con ADD Y Axis o de manera rápida con las teclas CTRL+Y.
Experimento 3 Circuito trifásico en delta
En este experimento se determinará la relación que existe entre las corriente de línea y la corriente de fase. Sabemos que deben cumplir la siguiente relación
° − ∠ = 3 F 30 L I I
El circuito armado con sus respectivos valores se muestra en la figura. Los parámetros de la fuente y del análisis del tiempo son los mismos de los experimentos anteriores.
En este caso se ha graficado la I(R3) que corresponde a la corriente de línea 3 1 R V V I C c C − =
e I(R6) que es la corriente de fase 6 1 1 R V V I c a CA − =
Se ha incluido la pantalla del cursor, el cual incluye las magnitudes, obteniendo una relación entre ellas de 3 859 . 0 488 . 1 ≈ = CA C I I y el ángulo es ° ≈ =(89.99µ)(360)(925) 30 θ
Experimento 4 Circuito trifásico desbalanceado en estrella
En este experimento se determinarán los voltajes y las corrientes de fase (que en este caso son iguales a las de línea) con el neutro de la carga conectado y desconectado al neutro o tierra del sistema de generación.
La simulación para la fase a proporciona los siguientes datos. Para la fase A V VA =12.334∠0° ° = =(263.736)(360)(925.9) 87.9 A θ mA IA =15.898∠87.9° Para la fase B
V VB =12.363∠−120° ° = =(41.758µ)(360)(925.9) 13.91 θB mA IB =10.992∠−133.91° Para la fase C V VC =12.359∠120° ° =0 C θ mA IC =11.964∠120°
Los datos anteriores se resumen al establecer que en una carga capacitiva, la fase de la corriente está adelantada con respecto a la de voltaje, en una carga inductiva, la fase de la corriente está atrasada con respecto a la de voltaje y en una carga resistiva, la fase de la corriente es la misma que la de voltaje. Lo anterior si el neutro de la carga está conectado a tierra.
Si esto no sucede, existe una diferencia de potencial entre el neutro de la carga y tierra, alterando las corrientes de fase. Esto se presenta en el siguiente circuito.
Los resultados de la simulación son los siguientes para cada fase, incluyendo el potencial de neutro a tierra. Para la fase A V VA =12.309∠0° ° = =(162.405µ)(360)(925.9) 54.13 θA mA IA =21.971∠54.13°
Para la fase B V VB =12.387∠−120° ° =0 B θ mA IB =641.03∠−120° Para la fase C
V VC =12.33∠120° ° = =(162.222µ)(360)(925.9) 54 θC mA IC =160.63∠174°
La siguiente gráfica muestra la diferencia de potencia entre el neutro de la carga y tierra.
V VA =12.330∠0° ° = = − 0 (305.051µ)(360)(925.9) 101.68 θA n V Vn0−N =10.484∠101.68° Comentarios
En la simulación se utilizan los valores exactos de los componentes. Sin embargo, al construir físicamente el circuito, los elementos no son del valor exacto, ya que tienen una tolerancia especificada, por lo que hay que contemplar esta situación y tomarlo en cuenta en la simulación.
En esta práctica se determinaron las magnitudes y ángulos de las señales para una sola fase, por lo que se recomienda realizar las simulaciones para las fases restantes. Sí como realizar los diagramas fasoriales en cada caso.
Así mismo, se debe tomar en cuenta que los primeros ciclos de las señales corresponden a transitorios, siendo estos valores ligeramente diferentes a los de estado estable.
