El corrimiento del neutro en circuitos Y Y desbalanceados

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética.. TRABAJO DE DIPLOMA. El corrimiento del neutro en circuitos Y-Y desbalanceados Autor: George Enrique Medina Rivero Tutores: Dr. Avertano Hernández Stuart MSc. Leonardo Rodríguez Jiménez. Santa Clara 2015 "Año 57 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA El corrimiento del neutro en circuitos Y-Y desbalanceados Autor: George Enrique Medina Rivero E-mail: [email protected]. Tutores: Dr. Avertano Hernández Stuart MSc. Leonardo Rodríguez Jiménez E-mail: [email protected] [email protected] Santa Clara 2015 "Año 57 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Solo los muertos han visto el final de la guerra.” Platón.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico este trabajo a todas las personas que me apoyaron a lo largo de estos años de estudios, a mi abuelo Memo y en general a mi familia que siempre ha estado ahí para mí, desde que tengo uso de razón..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a toda mi familia por su cariño y apoyo, y en especial a mi papá por todos sus esfuerzos y preocupaciones. A mis padrinos por su afecto. A mis compañeros por su ayuda desinteresada. A los profesores y maestros que durante todo el transcurso de mi vida han estado ahí para regalarme un poco de su conocimiento. Mis tutores profesores Avertano Hernández Stuart. y. Leonardo Rodríguez Jiménez por sus colaboraciones y experiencias en la realización de este trabajo..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Plan de Trabajo:.  Revisión y estudio de la bibliografía incluyendo los trabajos de diploma realizados sobre el tema Corrimiento del Neutro.  Estudiar los contenidos fundamentales del lenguaje de programación Matlab, que permitan al tesiante elaborar un programa, que resuelva y grafique los circuitos trifásicos desbalanceados.  Obtener gráficamente por la aplicación Estudio del Corrimiento del Neutro (ECN) los valores de los voltajes entre los neutros de un sistema Y-Y con cargas desbalanceadas variables, además de las potencias activa, reactiva y aparente total y por fases, y analizar los resultados obtenidos.  Organizar adecuadamente la estructura de la tesis basándose en un diseño metodológico estratégico según la didáctica de la asignatura y las orientaciones y normas aprobadas por el MES.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El presente trabajo surgió por la necesidad que existe de analizar el comportamiento del voltaje de neutro a neutro de un sistema estrella-estrella desbalanceado ante la variación de la carga pues en la literatura especializada no aparece este tema abordado con profundidad. Para analizar este fenómeno, se desarrolló un programa utilizando el GUI (Grafic User Interface) del Matlab que permite realizar corridas sobre el cálculo de voltaje entre los neutros de distintos sistemas Estrella-Estrella, además de, obtener a través del mismo los valores de corriente para distintas cargas desbalanceadas. El software desarrollado constituye una gran herramienta en la solución de los circuitos trifásicos desbalanceados conectados en. estrella-estrella con la. existencia o carencia del neutro, además de utilizarse para medir el comportamiento del neutro con variaciones de carga y también como indicador de secuencia, algo que los profesores de la especialidad de Circuitos Eléctricos pueden usar como material de apoyo; por otra parte, para los estudiantes constituye una forma más de ampliar sus conocimientos sobre el tema..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO ....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ...............................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. CARACTERÍSTICAS DEL CORRIMIENTO DEL NEUTRO EN. CIRCUITOS TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS .......................................................... 5 1.1. Introducción. ........................................................................................................... 5. 1.2. Sistemas trifásicos. ............................................................................................... 5. 1.3. Desplazamiento del neutro en un sistema trifásico. ........................................ 6. 1.3.1. Casos del corrimiento del neutro. ................................................................ 7. 1.4. Carga Y desbalanceada. Tres líneas con impedancia. ................................... 7. 1.5. Carga desbalanceada en estrella sin conductor neutro. ................................. 8. 1.6. Carga Y desbalanceada. Cuatro líneas con impedancia. ............................... 9. 1.7. Carga desbalanceada en estrella de cuatro conductores. ........................... 10. 1.8. Secuencia de las corrientes y tensiones ......................................................... 11. 1.9. Secuencia de fases ............................................................................................. 11. 1.10 1.10.1. Cálculo de las potencias en los circuitos trifásicos desbalanceados. ..... 12 Cálculo de potencias activa, reactiva y aparente. .................................. 13. 1.11. Cálculo del factor de potencia. ...................................................................... 15. 1.12. Medición de potencia en circuitos trifásicos desbalanceados. ................. 16. 1.12.1. Medición aplicando el método de Blondel o método de los tres. watímetros en sistemas de cuatro hilos. .................................................................... 16.

(10) vii 1.12.2. Medición aplicando el método de los tres watímetros en sistemas de. tres hilos. 18 1.12.3. Medición de potencia con dos watímetros. .............................................. 18. 1.12.4. Medición de potencia reactiva. ...................................................................... 19. CAPÍTULO 2.. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA. DE MATLAB. 21. 2.1. Introducción .......................................................................................................... 21. 2.2. Introducción al Matlab......................................................................................... 21. 2.3. Origen del Matlab. ............................................................................................... 23. 2.4. Características del entorno. ............................................................................... 23. 2.5. Archivos “-M”. ....................................................................................................... 24. 2.6. Limitaciones y alternativas de Matlab. ............................................................. 24. 2.7. Objetos gráficos en Matlab. ............................................................................... 25. 2.8. Construcción de interfaces gráficas de usuario en Matlab. .......................... 26. 2.8.1. Elaboración de GUIs mediante la herramienta GUIDE. ............................ 26. 2.8.2. Partes del GUIDE. ........................................................................................... 27. 2.9 2.10. Elaboración de una interfaz gráfica para el cálculo del neutro. ................... 29 Conversión del programa desarrollado a ejecutable. ................................ 35. CAPÍTULO 3.. ESTUDIO DEL CORRIMIENTO DEL NEUTRO Y SOLUCIÓN DE. EJERCICIOS MEDIANTE EL PROGRAMA ECN ......................................................... 38 3.1 Introducción. ................................................................................................................. 38 3.2 Solución de ejercicios mediante el programa ECN. .............................................. 39 3.2.1 Carga inductiva con neutro, secuencia (abc). ..................................................... 39 3.2.2 Carga inductiva sin neutro, secuencia (abc). ...................................................... 43 3.2.3 Carga capacitiva con neutro, secuencia (abc). ................................................... 45.

(11) viii 3.2.4 Carga capacitiva sin neutro, secuencia (abc). .................................................... 48 3.2.5 Carga resistiva variable con neutro, secuencia(abc). ........................................ 51 3.2.6 Carga resistiva variable sin neutro, secuencia (abc). ........................................ 54 3.3 Indicadores de secuencia. ......................................................................................... 57 3.3.1 Indicador de secuencia, secuencia (abc). ............................................................ 59 3.3.2 Indicador de secuencia, secuencia (acb). ............................................................ 61 CONCLUSIONES .............................................................................................................. 63 RECOMENDACIONES ................................................................................................. 64 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 65 ANEXOS .............................................................................................................................. 67 Anexo I Guía de usuario. ............................................................................................. 67.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Una de las aplicaciones más importantes de la corriente alterna se encuentra en los sistemas de potencia, siendo esto debido a que se trasladan con facilidad y eficiencia grandes bloques de energía eléctrica de un sitio a otro, a altos niveles de voltajes con la utilización de los transformadores, que son máquinas eléctricas muy eficientes por no tener partes móviles, los cuales elevan los voltajes a la salida de las plantas generadoras para transmitir la energía de un punto a otro y luego los disminuyen, para ser utilizados en el sistema de distribución. En estos sistemas de potencia, por razones económicas y por ser más eficientes, son muy utilizadas las fuentes trifásicas para generar y trasmitir la energía eléctrica. En la aplicación práctica de la electricidad, con frecuencia aparecen circuitos trifásicos en los cuales las impedancias de las distintas fases de la carga no son iguales. También puede suceder que los voltajes aplicados a la misma no sean de igual magnitud o que no estén defasados entre sí 120º. Aquellos circuitos trifásicos en los cuales ocurre al menos una de las circunstancias expuestas anteriormente se dice que son no balanceados, desbalanceados o asimétricos. A diferencia de los circuitos balanceados, en los cuales la corriente por el neutro siempre es nula, en los circuitos no balanceados esta corriente, en general, existe producto de que las corrientes por las líneas no son de igual magnitud ni están defasadas 120º. En estos circuitos producto de su asimetría los voltajes tanto de las fases como entre líneas son, en general, de diferente magnitud y defasaje entre sí y su comportamiento varía sustancialmente en presencia o no del conductor neutro..

(13) INTRODUCCIÓN. Por igual razón los voltajes entre las líneas no son. 2 veces mayor que los de. fase ni existe entre ellos un desfasaje de 120º como hubiera ocurrido en un circuito balanceado. Al ser generalmente los circuitos trifásicos desbalanceados los más encontrados en la práctica, resulta necesario conocer los métodos más utilizados para su solución y el efecto que trae consigo el corrimiento del neutro en un sistema de este tipo cuando se varían las impedancias de fase en la carga. Esta necesidad es la que condiciona el problema científico de esta investigación: ¿Qué incidencia tiene en un sistema trifásico desbalanceado, específicamente del tipo estrella-estrella, el corrimiento del neutro para diferentes estados de carga? Como Objetivo General de este trabajo se declara: Proponer una herramienta computacional que permita analizar el comportamiento del neutro en un sistema estrella-estrella desbalanceados para diferentes estados de carga. Los Objetivos Específicos que se trazaron para dar cumplimiento al objetivo general son:. . Realizar una revisión bibliográfica, incluyendo los trabajos de diploma realizados, relacionados con las propiedades y características de los circuitos trifásicos desbalanceados y el corrimiento del neutro.. . Elaborar un programa, que permita realizar y mostrar gráficamente un análisis sobre el cálculo del voltaje entre neutros en un sistema Y-Y para diferentes valores de carga desbalanceadas.. . Elaborar un programa que permita calcular los valores de las corriente de línea en un sistema Y-Y para diferentes valores de carga desbalanceadas.. . Proponer la confección de un material de apoyo a los profesores y estudiantes sobre el tema para facilitar el estudio y comprensión del mismo.. Las tareas de investigación son las siguientes:.

(14) INTRODUCCIÓN. 3.  Revisión de libros, artículos, trabajos de diplomas relacionados con los circuitos trifásicos desbalanceados y el corrimiento del neutro.  Establecimiento de un procedimiento, para calcular el voltaje entre neutros en un sistema Y-Y y los valores de las corrientes de línea para diferentes valores de carga desbalanceadas.  Implementación en Matlab, del procedimiento propuesto de manera que facilite la obtención del voltaje entre neutros en un sistema Y-Y y los valores de las corrientes de línea para diferentes valores de carga desbalanceadas.  Confección de un material de apoyo sobre el tema para profesores y estudiantes.. El aporte de este trabajo, desde el punto de vista metodológico, radica en el procedimiento para calcular el voltaje entre neutros en un sistema Y-Y y los valores. de. las. corrientes. de. línea. para. diferentes. valores. de. carga. desbalanceadas. Desde el punto de vista práctico, el aporte está en la aplicación computacional implementada, la cual constituye una herramienta en la solución de los circuitos trifásicos desbalanceados en conexión estrella-estrella mostrando mediante una interfaz gráfica el comportamiento del neutro ante los distintos valores de carga y el voltaje en cada fase y la variación del mismo teniendo en cuenta los valores de las impedancias de carga. El informe de esta investigación se encuentra estructurado en introducción, tres capítulos. de. desarrollo,. conclusiones,. recomendaciones. y. referencias. bibliográficas. En el primer capítulo se abordarán las características fundamentales del corrimiento del neutro después de dar una breve introducción a los circuitos trifásicos desbalanceados, cuyo contenido constituye un aspecto importante en la formación de los Ingenieros de la especialidad de Ingeniería Eléctrica, por ser estos circuitos los que más encontrará el graduado en su vida como profesional. En el análisis de estos circuitos el estudiante conocerá la importancia del neutro en un circuito conectado en estrella, la existencia de la corriente por el neutro y el.

(15) INTRODUCCIÓN. 4. valor del voltaje que aparece en el neutro cuando se varía la carga. Además, se muestra un estudio de la utilización de los circuitos trifásicos desbalanceados como Indicadores de Secuencia. El segundo capítulo está dedicado al estudio de la aplicación desarrollada en Matlab para el cálculo de circuitos trifásicos desbalanceados. En el tercer y último capítulo se presenta una serie de ejercicios resueltos donde se obtuvo el valor del voltaje del neutro presente en los circuitos estrella-estrella con la presencia o no del mismo y los valores en módulo y ángulo de las corrientes de todas las fases de la carga. Además, se presenta un análisis acerca de los resultados. Finalmente, el software desarrollado en este trabajo de investigación tiene sus bases en un estudio que se presentó mediante un trabajo de diploma presentado en el curso 2010-2011 obteniendo una aplicación que puede ser utilizada sin necesidad de tener el Matlab instalado en la computadora..

(16) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 5. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DEL CORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. 1.1 Introducción. A través del desarrollo del capítulo se dará una breve descripción sobre los circuitos trifásicos, haciendo énfasis en los desbalanceados y enfatizando en el fenómeno denominado “corrimiento del neutro”, también se analizaran los métodos para el cálculo de aquellos circuitos trifásicos no balanceados, también llamados asimétricos o desequilibrados. Además se discutirá sobre el impacto del corrimiento del neutro sobre estos circuitos y se analizará. el cálculo de las. potencias y su medición. Se debe señalar que, en los circuitos trifásicos desbalanceados es importante la especificación de la secuencia utilizada, porque de dos posibles secuencias de voltaje resultan soluciones diferentes. 1.2 Sistemas trifásicos. Un sistema balanceado de corrientes trifásicas es el conjunto de tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud y por consiguiente igual valor eficaz, que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120° y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. Un sistema trifásico de tensiones se dice que es balanceado cuando sus frecuencias y valores eficaces son iguales y están defasados simétricamente y dados en un cierto orden. Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o desfases entre ellas), se dice que el sistema de tensiones es desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desbalanceadas, cuando el conjunto de impedancias distintas.

(17) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 6. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. que dan lugar a que por el receptor circulen intensidades de fases diferentes, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean balanceadas. Si la carga trifásica es desbalanceada, el conductor neutro es imprescindible para garantizar la estabilidad de las tensiones de fase de la carga y evitar sobretensiones o caídas de tensión.[3, 4] Estos sistemas son muy utilizados en la generación y distribución de corriente alterna ya que un circuito trifásico requiere menor sección en los conductores en comparación con los tres circuitos monofásicos equivalentes, con las características. de. potencia. y. tensión. nominal. Además. mismas. permiten una. flexibilidad en la elección de las tensiones y pueden utilizarse para conectar cargas monofásicas. Otra ventaja de los circuitos trifásicos, es que los motores trifásicos, son de menor tamaño, más livianos y eficientes que los motores monofásicos, con igual capacidad nominal. Los generadores trifásicos pueden considerarse como tres fuentes senoidales de tensión, de igual frecuencia y valor eficaz, pero defasadas ±120° una con respecto a las otras dos.[5] 1.3 Desplazamiento del neutro en un sistema trifásico. El neutro es el término con que se denomina a la línea de retorno del suministro eléctrico trifásico en configuración estrella que normalmente no conduce corriente y su potencial (voltaje) es similar al de tierra física (0 V). Para este efecto el neutro se aterra, es decir se une al cable de tierra para asegurar el nivel de referencia de 0 V. En casi todo el mundo las empresas distribuidoras de energía entregan al usuario una fase de “neutro” tanto en suministro monofásico como trifásico. Esto corresponde a una norma internacional en base a la cual se realiza el diseño lógico operativo de los equipos electrónicos. El neutro está diseñado para encaminar las fallas transitorias del suministro eléctrico al pozo de tierra para su dispersión, es por eso que se aterra.[6, 7] En un sistema de cuatro conductores circulará corriente por el neutro sólo cuando las cargas estén desbalanceadas (asumiendo que las tensiones están balanceadas y no son de secuencia cero). La tensión en cada una de las impedancias de carga será constante con el valor de la.

(18) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 7. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. tensión de fase (línea a neutro) correspondiente y las corrientes serán distintas y no estarán, en general, defasadas 120º. Si el sistema es de tres conductores solamente, el punto común de las tres impedancias no está al potencial del neutro y se designa con la letra "O" en lugar de "N". Las tensiones entre los extremos de cada impedancia pueden variar considerablemente. Tiene en este caso particular interés el desplazamiento o corrimiento a "O" desde "N" lo cual se denomina: tensión de corrimiento del neutro.[8] 1.3.1 Casos del corrimiento del neutro. El corrimiento del neutro puede darse en dos casos, el neutro flotante y el neutro físico de un sistema estrella físico. En el primer caso el neutro flotante es el generado por la distribución igual de pequeñas impedancias (R_L_C) distribuidas que dependiendo del valor de estas, será el valor de la corriente que circulará por la fase averiada. En el segundo caso, se tiene tres resistencias iguales conectadas en estrella, entonces si la medición de la tensión entre fase y neutro es igual a raíz de tres en las tres fases, cuando se coloque una resistencia variable entre un extremo de la fase y el neutro, en paralelo con una de las fases, entonces la tensión en esa fase tiende a reducirse y aumentar en las restantes, si la resistencia adicional se colocase en 2 de las fases entonces el valor de la tensión medida entre el neutro y las fases afectadas será diferente. En el primer caso, por ejemplo, en una línea de 10 kV, de 30 km de longitud, cuando una de las líneas falla a tierra, habrá una corriente circulante respecto a tierra y las tensiones de línea respecto a fase van a ser diferentes.[9] 1.4 Carga Y desbalanceada. Tres líneas con impedancia. Según [10], si tres impedancias diferentes Z 1, Z 2, Z 3 , conectadas en estrella (  ), se conectan a un generador conectado en  (figura 1.1) a través de líneas con impedancias, el voltaje entre neutros no será cero, por tanto, los voltajes de fase en las cargas no serán iguales a los voltajes de fase del generador..

(19) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 8. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. Figura 1.1 Resulta importante destacar que la conexión del neutro garantiza que los voltajes de fase del generador y de la carga sean iguales, por lo que, de existir conexión entre neutros, se pueden calcular las corrientes aplicando una simple Ley de Ohm. Si se abre el neutro, ocurre el fenómeno conocido como “corrimiento del neutro”, debiendo aplicarse el método de las corrientes de mallas (MCM) o el método de los voltajes de nodos (MVN) siendo este último el más recurrido por ser el menos complejo y por tener mejor facilidad de cálculo. Es de señalar que este método puede aplicarse si los voltajes están balanceados o desbalanceados.[11] 1.5 Carga desbalanceada en estrella sin conductor neutro. En este caso, el punto común de las cargas conectadas en estrella, no está al mismo potencial que el neutro del generador, y las impedancias conectadas en estrella estarán bajo tensiones que difieren considerablemente de la tensión de fase (fase-neutro) como se muestra en la figura 1.2. Bajo estas condiciones, tanto las corrientes como las tensiones en la carga formarán sistemas asimétricos de corrientes y tensiones respectivamente. Las corrientes de línea también formarán un sistema asimétrico de corriente.[12].

(20) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 9. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. Figura 1.2. 1.6 Carga Y desbalanceada. Cuatro líneas con impedancia. Este tipo de sistema puede ser representado por el circuito de la figura 1.3, el cual incluye impedancias en todas las líneas. Los procedimientos mencionados anteriormente pueden ser aplicados a este caso, la diferencia está en que ahora se tendrán tres ecuaciones si se emplea el método de las mallas. Cuando se aplica el método de los nodos en la solución de una red    desbalanceada con neutro, se incluye un cálculo extra debido a la presencia del conductor neutro con respecto a la red    desbalanceada sin neutro. Es de señalar que el método de los nodos resulta ser más corto y más directo que el método de las mallas para una red    .[11]. Figura 1.3.

(21) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 10. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. 1.7 Carga desbalanceada en estrella de cuatro conductores. Cuando la carga está desbalanceada en una conexión estrella de cuatro conductores, por el conductor neutro circulará la corriente de desbalance del sistema. La tensión en cada una de las impedancias de carga permanecerá igual a la tensión de fase. En este caso, las tensiones en la carga formarán un sistema trifásico simétrico, mientras que las corrientes en la carga formarán un sistema asimétrico. Por lo tanto las corrientes de líneas también formarán un sistema asimétrico de corrientes. En la figura 1.4 se ve la configuración estrella desbalanceada de cuatro conductores.. Figura 1.4. Los diagramas fasoriales correspondientes para esta conexión se muestran en la figura 1.5:. Figura 1.5.

(22) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 11. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. 1.8 Secuencia de las corrientes y tensiones En los circuitos trifásicos balanceados las secuencias de las tensiones coinciden siempre con la de las corrientes. Así, por ejemplo, si las fem en un circuito balanceado son de secuencia a  b  c , todas las corrientes y tensiones son también de secuencia a  b  c . No sucede de la misma forma en circuitos trifásicos desbalanceados, en los cuales, las secuencias de las tensiones no necesariamente coinciden con la de las corrientes.[13] 1.9 Secuencia de fases El orden en que las tensiones se suceden recibe el nombre de secuencia de fases, que puede ser directa (secuencia positiva) o inversa (secuencia negativa). Si se fija el eje de referencia que pasa por el origen de coordenadas y los vectores representativos de las tensiones, al girar en sentido anti horario, van pasando en el orden 1, 2, 3 que se dice que el sistema trifásico es de secuencia positiva. El sistema será de secuencia negativa si los vectores citados pasan por el eje de referencia en el orden 3, 2, 1. En algunos casos es necesario conocer la secuencia de fases de un sistema trifilar antes de conectar una carga, condición a veces necesaria para la conexión de determinados motores trifásicos en los cuales es imprescindible respetar el sentido de giro.[14] Existen varias formas para conocer la secuencia en un sistema trifásico: a) Osciloscopio. b) Secuencímetro. c) Método de las dos lámparas. Con la utilización de un osciloscopio de doble trazo, se puede determinar secuencia de fases de un sistema trifásico, como se indica en la figura siguiente..

(23) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 12. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. Figura 1.6 El secuencímetro es un instrumento donde se indica la secuencia de fases a partir de la indicación del sentido de rotación de un disco, existen casos en que la indicación de las fases viene dado por la dirección de la flecha grabada en un disco rotante. Básicamente, es un pequeño motor asincrónico cuya rotación dependerá del orden de sucesión en el tiempo de las fases que alimentan las bobinas del estator. El método de las dos lámparas, es una forma sencilla de reemplazar al método de los watímetros o instrumentos antes mencionados. Se trata de conectar como carga trifásica a dos lámparas incandescentes de igual potencia y un capacitor cuya reactancia capacitiva (Xc) sea aproximadamente igual a la resistencia (R) de la lámpara. 1.10 Cálculo de las potencias en los circuitos trifásicos desbalanceados. La potencia es la cantidad de energía eléctrica o trabajo que se transporta o que se consume en una determinada unidad de tiempo. En los circuitos trifásicos desbalanceados la potencia activa disipada es, en general, distinta en cada fase de la carga, producto precisamente del desbalance. Por esta razón, a diferencia de los circuitos balanceados, la potencia trifásica no es el triplo de la disipada en alguna de las fases.[1, 10].

(24) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 13. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. 1.10.1 Cálculo de potencias activa, reactiva y aparente. La potencia activa de un sistema trifásico es la suma de las potencias activas de los sistemas monofásicos que lo componen. Si se supone balanceado, la potencia activa es tres veces la de uno de sus sistemas monofásicos.[15] Si se denomina u1(t), u2(t) y u3(t) a las tensiones instantáneas aplicadas a cada impedancia Z1, Z2 y Z3 respectivamente, e i1(t), i2(t) e i3(t) las intensidades de las corrientes que la recorren, la potencia instantánea transferida a la carga trifásica tendrá por expresión:. Donde: K: fase 1,2 o 3. La expresión anterior es válida, independientemente de si el sistema es balanceado o desbalanceado. De acuerdo a lo anterior, la potencia media total transferida a la carga trifásica será:. Siendo: UK: la tensión eficaz aplicada a la carga K. IK: la intensidad eficaz de la corriente que recorre dicha carga K. : el ángulo de fase de la impedancia ZK : factor de potencia de la carga K. Con respecto a la potencia reactiva, debido al desbalance, cada fase demanda una cantidad diferente, razón por la cual, a diferencia de lo que ocurre en los circuitos balanceados, el reactivo total o trifásico no es el triplo del demandado por.

(25) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 14. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. alguna de las fases. Existe, por supuesto, la posibilidad de que la naturaleza de la potencia reactiva no sea la misma para las tres fases.[15, 16] Para calcular la potencia reactiva total o trifásica se aplica la ley de conservación, según la cual el reactivo total es la suma algebraica del demandado por cada una de las fases. De igual forma, la potencia reactiva de la carga trifásica será:. Y la potencia aparente:. Para una carga monofásica:. Para una carga trifásica "NO ES CIERTO" que:. Es necesario sumar triángulos de potencias y la potencia aparente de una carga trifásica es la suma geométrica de UK IK fácil de realizar si se utiliza el concepto de potencia compleja. Suponiendo que los fasores de las tensiones e intensidades aplicadas recorren cada impedancia son las siguientes:. que.

(26) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 15. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. La potencia compleja de una fase, por ejemplo la fase 1, vendrá expresada por:. Siendo. el fasor conjugado de. La potencia compleja total valdrá:. Sustituyendo valores se tiene:. Al sumar parte real e imaginaria independientemente se tiene que la potencia compleja valdrá:. Y su módulo será:. 1.11 Cálculo del factor de potencia. Una vez realizada la medición de las potencias activa y reactiva de un sistema trifásico, se puede calcular de forma directa el factor de potencia del sistema mediante la expresión:.

(27) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 16. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. Cabe señalar que el factor de potencia trifásico no es el promedio ni la suma de los factores de potencia de las fases, como tampoco coincide con el coseno del valor de las impedancias de las fases, las cuales son diferentes entre sí. Además, en los circuitos trifásicos desbalanceados, cada fase de la carga posee su propio factor de potencia.[17] 1.12 Medición de potencia en circuitos trifásicos desbalanceados. La potencia consumida en un elemento cualquiera de un circuito es la velocidad con que la energía eléctrica es convertida en cualquier otra forma de energía (calor, mecánica, química, etc.). Los generadores eléctricos generan y entregan potencia aparente. Las máquinas eléctricas consumen esa potencia, es decir, la potencia activa, la transforman en potencia mecánica en el eje de la máquina, y la potencia reactiva, no la consumen, sino que la utilizan para crear su campo magnético. 1.12.1 Medición aplicando el método de Blondel o método de los tres watímetros en sistemas de cuatro hilos. Un sistema trifásico a cuatro hilos es aquel en que además de las líneas correspondientes a las tres fases, se dispone de una cuarta línea correspondiente al neutro o punto central de la conexión en estrella de la carga, ya que una conexión de ésta en triángulo (delta) no lo permite.[17] El método explicado en la sección precedente no es aplicable en aquellos circuitos donde las fases de la carga no son accesibles y es necesario realizar la medición mediante las mediciones en las líneas. El watímetro es un instrumento de medida de potencia activa, que tiene cuatro bornes básicos. Está constituido por dos bobinas, una bobina denominada bobina de tensión (la cual se conecta en paralelo a la carga y que chequea la tensión en la misma) y otra denominada bobina de corriente (la cual se conecta en serie con la carga y que chequea la corriente por la misma). Su medición da el valor de la potencia disipada en la carga, la cual está definida por la potencia activa P = U • I • cos (φ), donde U e I son los valores eficaces de la tensión y de la corriente en la carga respectivamente, y φ es el defasaje entre la.

(28) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 17. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. tensión y la corriente. La lectura del watímetro es proporcional a la potencia media en la carga, es decir:. T : simboliza el período de la corriente y la tensión.. Figura 1.7. Tres watímetros miden la potencia de la carga independientemente del equilibrio de corrientes, de la simetría de las tensiones, de la forma de onda de ambos parámetros y del potencial del punto “N”. Esto indica que no necesariamente las impedancias de las bobinas voltimétricas de los watímetros deben ser iguales cuando se emplea el circuito visto. A su vez, también es válido el método aunque la carga esté conectada en estrella o en triángulo, ya que si se reduce el triángulo a estrella se verifica lo enunciado anteriormente. Como se aprecia en el esquema eléctrico de la figura 1.7, los tres watímetros tienen sus circuitos voltimétricos unidos al punto “N”, éste punto es un centro de estrella. Para que éste punto tenga las características de un neutro artificial debe tener la misma diferencia de potencial con cada una de las tres fases. Si las tres impedancias que forman el centro de estrella son iguales, éste centro se convierte en un neutro artificial..

(29) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 18. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. 1.12.2 Medición aplicando el método de los tres watímetros en sistemas de tres hilos. En un sistema trifásico a tres hilos no se dispone de la línea correspondiente al neutro. La carga puede estar conectada tanto en estrella (neutro inaccesible), como en triángulo. En este caso, los watímetros se conectan de modo que se crea un neutro artificial con una de las conexiones del circuito de tensión en cada watímetro. Esta forma de medir la potencia requiere que los tres watímetros sean exactamente iguales en sus características, sobre todo en la resistencia interna del circuito voltimétrico. El sistema ha de estar balanceado y en el caso de tratarse de un sistema desbalanceado la medición de potencia será aproximada.[17]. Figura 1.8 1.12.3 Medición de potencia con dos watímetros. Se puede medir potencia activa trifásica con dos watímetros cuando el sistema no tiene neutro, es decir que es un sistema trifilar. Este método es utilizado tanto para cargas balanceadas como desbalanceadas. La suma de las mediciones de los dos watímetros es igual a la suma de las indicaciones que hubieran revelado tres watímetros conectados a cada una de las fases y neutro artificial. Es decir que se obtiene con éste método una medición de potencia trifásica. Como no se ha impuesto condiciones de simetría ni de equilibrio para demostrar el método, se dice que sirve para medir potencia en cualquier sistema trifásico, simétrico o no, balanceado o no, siempre que sea trifilar. Este método solo es posible aplicarlo, cuando no existe conductor neutro, o bien si previamente puede garantizarse (por medición) que la intensidad del neutro es nula. Es independiente de que la carga.

(30) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 19. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. esté conectada en estrella o triángulo. Este método se emplea en sistemas de transmisión (alta tensión) y de distribución primaria (media tensión), que son sistemas trifásicos que nunca poseen neutro. Desde luego que habrá que utilizar transformadores de medición (TI, TV) para conectar los watímetros.. Figura 1.9. Tomando valores instantáneos:. 1.12.4 Medición de potencia reactiva. En éste caso se pueden utilizar dos métodos, el método de los tres watímetros para redes trifásicas de cuatro hilos y el método de los dos watímetros para redes trifásicas de tres hilos, siempre conectándolos como ya se ha mencionado, es decir, la bobina amperimétrica en una fase y la voltimétrica en las dos restantes, a fin de lograr el defasaje de 90º entre las tensiones correspondientes. Para la medida de la potencia reactiva con el método de los tres watímetros en un sistema trifásico a tres hilos, es necesario, que el sistema esté balanceado. Si el sistema está desbalanceado la medición de la potencia será aproximada. La.

(31) CAPÍTULO 1. CARACTERÍSTICAS DELCORRIMIENTO DEL NEUTRO EN CIRCUITOS. 20. TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS. potencia reactiva trifásica es igual a la suma de las lecturas de los watímetros dividido por tres, puesto que cada watímetro mide la potencia reactiva de una fase aumentada en tres, por el hecho de que la bobina de tensión trabaja con una tensión compuesta en vez de hacerlo con la tensión de fase. A pesar de existir el conductor neutro, no es posible conectar las bobinas de tensión a la tensión de fase, porque no se lograría obtener el defasaje de 90º entre la tensión simple de la fase donde se ha conectado la bobina amperimétrica y la tensión compuesta a la que está sometida la bobina de tensión..

(32) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB21. CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB. 2.1 Introducción En este capítulo se expondrán breves características del Matlab, programa computacional que se aplicó en la realización de este trabajo. Se dará una breve introducción a dicho programa así como también a sus herramientas, sin estas fuera imposible la realización del ECN mediante una interfaz gráfica que permite resolver gráficamente los ejercicios propuestos. Debido a que Matlab es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones, totalmente integrado y orientado para llevar a cabo proyectos donde se encuentren implicados elevados cálculos matemáticos y la visualización gráfica de los mismos, se requirió de él para la realización del programa ECN. 2.2 Introducción al Matlab. Matlab es un programa interactivo para computación numérica y visualización de datos. Es ampliamente usado por ingenieros en el análisis y diseño, posee además una extraordinaria versatilidad y capacidad para resolver problemas en matemática aplicada, física, química, ingeniería, finanzas y muchas otras aplicaciones. Está basado en un sofisticado software de matrices para el análisis de sistemas de ecuaciones. Permite resolver complicados problemas numéricos sin necesidad de escribir un programa. También es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente integrado orientado para llevar a cabo proyectos en donde se encuentren implicados elevados cálculos matemáticos y la visualización gráfica de los mismos. Integra análisis numérico, cálculo matricial,.

(33) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB22. proceso de señal y visualización gráfica en un entorno completo donde los problemas y sus soluciones. son expresados. del mismo modo en que se. escribirían tradicionalmente, sin necesidad de hacer uso de la programación tradicional.[18] El nombre Matlab proviene de Matrix Laboratory [19] y fue inicialmente concebido para proporcionar fácil acceso a las librerías LINPACK y EISPACK, las cuales representan hoy en día dos de las librerías más importantes en computación y cálculo matricial. Es un sistema de trabajo interactivo cuyo elemento básico de trabajo son las matrices. El programa permite realizar de un modo rápido la resolución numérica de problemas en un tiempo mucho menor que si se quisiesen resolver estos mismos problemas con lenguajes de programación tradicionales como pueden ser los lenguajes Fortran, Basic o C. Matlab goza en la actualidad de un alto nivel de implantación en escuelas y centros universitarios, así como en departamentos de investigación y desarrollo de muchas compañías industriales nacionales e internacionales. En entornos universitarios, por ejemplo, se ha convertido en una herramienta básica, tanto para los profesionales e investigadores de centros docentes, como una importante herramienta para la impartición de cursos universitarios, tales como sistemas e ingeniería de control, álgebra lineal, proceso digital de imagen, señal, etc. En el mundo industrial, está siendo utilizado como herramienta de investigación para la resolución de complejos problemas planteados en la realización y aplicación de modelos matemáticos en ingeniería. Los usos más característicos de la herramienta se encuentran en áreas de computación y cálculo numérico tradicional, teoría de control automático, estadística y análisis de series temporales para el proceso digital de señal. Dispone también en la actualidad de un amplio abanico de programas de apoyo especializado, denominado Toolboxes, que extienden significativamente el número de funciones incorporadas en el programa principal. Estos Toolboxes cubren en la actualidad prácticamente casi todas las áreas principales en el mundo de la ingeniería y la simulación, destacando entre ellos el 'toolbox' de proceso de imágenes, señal, control robusto, estadística, análisis.

(34) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB23. financiero, matemáticas simbólicas, redes neurales, lógica difusa, identificación de sistemas, simulación de sistemas dinámicos, etc. Además también se dispone del programa Simulink que es un entorno gráfico interactivo con el que se puede analizar, modelar y simular la dinámica de sistemas no lineales.[18] Este software, en sus inicios, fue desarrollado para realizar operaciones con matrices muy fácilmente y ha evolucionado hasta convertirse en una herramienta muy popular y poderosa en diversos campos de la ingeniería y la ciencia.[19, 20] El Matlab integra cálculo, visualización y programación en un entorno de fácil utilización donde los problemas y las soluciones son expresados en una notación matemática familiar.[18] 2.3 Origen del Matlab. Matlab nace como una solución a la necesidad de mejores y más poderosas herramientas de cálculo para resolver problemas de cálculo complejos en los que es necesario aprovechar las amplias capacidades de proceso de datos de grandes computadores.[21] Matlab fue originalmente desarrollado en lenguaje FORTRAN para ser usado en computadoras mainframe. Fue el resultado de los proyectos Linpack y Eispack desarrollados en el Argonne National Laboratory. Su nombre proviene de Matrix Laboratory. Al pasar de los años fue complementado y reimplementado en lenguaje C. Actualmente la licencia de Matlab es propiedad de MathWorks Inc.[18] 2.4 Características del entorno. Características de Matlab:. . Cálculos intensivos desde un punto de vista numérico. . Gráficos y visualización avanzada. . Lenguaje de alto nivel basado en vectores, arrays y matrices. . Colección muy útil de funciones de aplicación.

(35) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB24. Las poderosas capacidades de cálculo técnico de Matlab se ponen a la disposición de los estudiantes, aunque limita el tamaño de las matrices a 8192 elementos, la edición de estudiante mantiene toda la potencia de la versión profesional de Matlab 9.0, en una forma diseñada para que los estudiantes puedan ejecutarlo en sus propios ordenadores personales bajo Windows.[21] 2.5 Archivos “-M”. Los archivos de disco que contienen instrucciones de Matlab se designan archivos -M. Esto es así porque siempre tienen una extensión de ".m" como la última parte de su nombre de archivo.. Un archivo -M consiste de una secuencia de. instrucciones normales de Matlab, que probablemente incluyen referencias a otros archivos -M. Un archivo -M se puede llamar a sí mismo recursivamente. Puedes crear archivos -M utilizando un editor de texto o procesador de palabras. Hay dos tipos de archivos -M: los de comandos y las funciones. Los archivos de comandos, automatizan secuencias largas de comandos. Los archivos de funciones, permiten añadir a Matlab funciones adicionales expandiendo así la capacidad de. este. programa. Ambos, comandos y funciones, son archivos ordinarios de texto ASCII.[18] 2.6 Limitaciones y alternativas de Matlab. Durante mucho tiempo hubo críticas porque Matlab es un producto propietario de The Mathworks, y los usuarios están sujetos y bloqueados al vendedor. Recientemente se ha proporcionado una herramienta adicional llamada Matlab Builder bajo la sección de herramientas "Application Deployment" para utilizar funciones Matlab como archivos de biblioteca que pueden ser usados con ambientes de construcción de aplicación .NET o Java. Pero la desventaja es que el computador donde la aplicación tiene que ser utilizada necesita MCR (Matlab Component Runtime) para que los archivos Matlab funcionen correctamente. MCR se puede distribuir libremente con los archivos de biblioteca generados por el compilador Matlab.[22].

(36) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB25. 2.7 Objetos gráficos en Matlab. Los gráficos de Matlab tienen una estructura jerárquica formada por objetos de distintos tipos. Esta jerarquía tiene forma de árbol, con el aspecto mostrado en la figura 2.1.. Figura 2.1 Según se muestra en la figura 2.1, el objeto más general es la pantalla o panel (screen). Dicho objeto es la raíz de todos los demás y sólo puede haber un objeto pantalla. Una pantalla puede contener una o más ventanas (figures). A su vez cada una de las ventanas puede tener uno o más ejes de coordenadas (axes) en los que se puede representar otros objetos de más bajo nivel. Una ventana puede tener. también. controles. (uicontrols). (tales. como. botones,. barras. de. desplazamiento, botones de selección o de opción, etc.) y menús (uimenus). Finalmente, los ejes pueden contener los cinco tipos de elementos gráficos que permite Matlab: líneas (line), polígonos (patch), superficies (surfacs), imágenes tipo bitmap (image) y texto (text). La jerarquía de objetos mostrada en la figura 2.1 indica que en Matlab hay objetos padres e hijos. Por ejemplo, todos los objetos ventana son hijos de pantalla, y cada ventana es padre de los objetos ejes, controles o menús que están por debajo. A su vez los elementos gráficos (líneas, polígonos, etc.) son hijos de un objeto ejes, y no tienen otros objetos que sean sus hijos. Cuando se borra un objeto de Matlab automáticamente se borran todos los.

(37) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB26. objetos que son sus descendientes. Por ejemplo, al borrar unos ejes, se borran todas las líneas y polígonos que son hijos suyos.[23] 2.8 Construcción de interfaces gráficas de usuario en Matlab. Matlab permite desarrollar fácilmente un conjunto de pantallas (paneles) con botones, menús, ventanas, etc., que permiten utilizar de manera muy simple programas realizados dentro de este entorno. Este conjunto de herramientas se denomina interfaz gráfica de usuario (GUI). Las posibilidades que ofrece Matlab no son muy amplias, en comparación a otras aplicaciones de Windows como Visual Basic, Visual C. La elaboración de GUIs puede llevarse a cabo de dos formas, la primera de ellas consiste en escribir un programa que genere la GUI (script), la segunda opción consiste en utilizar la herramienta de diseño de GUIs, incluida en el Matlab, llamada GUIDE. En esta sección se abordarán ambas formas de crear GUIs. Para poder hacer programas que utilicen las capacidades gráficas avanzadas de Matlab hay que conocer algunos conceptos que se explican en las siguientes secciones. El panel GUI se crea en una ventana, identificada como figura y está formada por los siguientes elementos:. . Menú de interfaz con el usuario. . Dispositivos de control de la interfaz con el usuario. . Ejes para desplegar las gráficas o imágenes. Mediante la GUI, el flujo de información está controlado por las acciones (eventos) que sucedan en la interfaz. Comparando con los scripts, en estos los comandos están en un orden preestablecido, mientras que en la GUI no lo están. Los comandos para crear una GUI se escriben en un script, pero una vez que se ejecuta la GUI, esta permanece en la pantalla aunque se haya terminado la ejecución del script. La interacción con el usuario continúa hasta que se cierra la GUI.[23]Elaboración de GUIs mediante la herramienta GUIDE..

(38) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB27 El “GUIDE” (Graphical User Interfase Development Environment) es un juego de herramientas que se extiende por completo en el soporte de Matlab, diseñadas para crear GUIs (Graphical User Interfaces) fácil y rápidamente a partir del diseño y presentación de los controles de la interfaz, reduciendo la labor al grado de seleccionar, tirar, arrastrar y personalizar propiedades. Una vez que los controles están en posición se editan las funciones de llamada (Callback) de cada uno de ellos, escribiendo el código de Matlab que se ejecutará cuando el control sea utilizado. Siempre será difícil diseñar GUIs, pero no debería ser difícil implementarlas. GUIDE está diseñado para ser menos tediosos el proceso de aplicación de la interfaz gráfica y obviamente para trabajar como herramienta de trazado de GUIs, entre sus poderosos componentes está el editor de propiedades (property editor), este se encuentra disponible en cualquier momento que se esté lidiando con los controles de Matlab, el editor de propiedades por separado se puede concebir como una herramienta de trazado, y asistente de codificación (revisión de nombres y valores de propiedades). Cuando se fusiona con el panel de control, el editor de menú, y herramienta de alineación, resulta una combinación que brinda inigualable control de los gráficos en Matlab.[23]Partes del GUIDE. Aquí se muestran la explicación de las partes más importantes de GUIDE. Los controles de la interfaz con el usuario en Matlab se especifican con la orden uicontrol. Estos controles tienen mucho en común con los menús de la interfaz con el usuario, pero los primeros tienen muchos estilos.[24] Texto estático (Static Text): Un static text puede exhibir símbolos, mensajes o incluso valores numéricos de una GUI, y. puede. colocarse. en. un. lugar. deseado. El texto estático no tiene cadenas de invocación. A continuación se muestra un ejemplo de texto estático. k1 = uicontrol (´Style´, ´text´,… ´String´, ćadena para exhibir´,… ´Position´, [20, 50, 140, 30]).

(39) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB28. El contenido de un texto exhibido puede modificarse si es necesario. Esto se hace con el comando set. Por ejemplo, si se ejecuta el comando que sigue desde la ventana de comandos mientras está vigente el ejemplo anterior de orden uicontrol: set (k1, ´string´, Áhora aparece un texto modificado.´) Menú desplegable (Popup Menu): Los pop-up menús difieren de los menús de interfaz con el usuario en que pueden aparecer en cualquier punto de la ventana de la figura, mientras que los menús de interfaz con el usuario solo se localizan en la parte superior. Push button: Los push button generan una acción cuando se hace “clic” con el puntero del ratón sobre ellos. Cuando se da “clic” en un push button, aparece presionado; cuando se suelta el botón del ratón, el botón aparece levantado; y su rutina de llamada se ejecuta. Casilla de verificación (Check Box): Las. casillas. de. verificación. están. diseñadas para realizar operaciones de encendido/apagado. Las posiciones de encendido/apagado. se. registran. en. Value. que. puede examinarse con. get(handle, ´value´). Los comandos axis on y axis off se escriben en la cadena de invocación. Botón de radio (Radio Button): Cuando solo se usa un botón de radio, no existe diferencia funcional alguna con respecto a una casilla de verificación. Por otro lado, los botones de radio en grupo son mutuamente exclusivos (es decir, si un botón esta encendido, todos los demás botones se apagan), mientras que las casillas de verificación son independientes entre sí. Sin embargo, esta característica. exclusiva. de. los. botones. de. radio. sólo. puede. implementarse mediante la programación del usuario en la cadena de invocación. Barra deslizadora (Slider): Los sliders aceptan datos de entrada numéricos con un rango específico. Los usuarios mueven la barra dejando presionado el botón del mouse y arrastrándola, haciendo “clic” en la flecha. La posición de la barra indica un valor numérico. Texto editable (Edit Text): El dispositivo de texto editable permite al usuario.

(40) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB29. teclear una cadena de entrada. Se pueden escribir varios valores numéricos en forma de vector o matriz como cadena mediante el mismo. dispositivo;. esta. cadena se convertirá posteriormente en valores numéricos con el comando str2num. Un ejemplo de uicontrol para texto editable es:. ed1 = uicontrol (gcf, ´Style´, édit´, … ´Position´, [10, 260, 110, 20], … ĆallBack´, inp_txt = get (ed1, ´´string´´)´). Las palabras clave en el comando anterior son ´Style´, édit´ y get que capturan el texto introducido. Marcos (Frame): El estilo marcos puede servir para agrupar dispositivos como lo botones de radio o las casillas de verificación. Botón de palanca (Toggle Button): El toggle button genera una acción que indica un estado binario (on u off). Cuando se hace clic en un toggle button, aparece presionado y permanece así hasta que se suelta el botón del mouse, y en ese momento ejecuta la llamada. Un “clic” posterior del mouse regresa al toggle button a su estado original y vuelve a ejecutar la rutina de llamada. Cajas de lista (Listbox): El componente list box muestra una lista de artículos y permite a usuarios seleccionar unos o más artículos. 2.9 Elaboración de una interfaz gráfica para el cálculo del neutro. Para la realización de esta aplicación es necesario saber que una interfaz gráfica es el vínculo entre el usuario y un programa computacional, constituida generalmente por un conjunto de comandos o menús, instrumentos y métodos por medio de los cuales el usuario se comunica con el programa durante las operaciones que se desean realizar, facilitando la entrada y salida.

(41) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB30. de datos e información. Una interfaz es una de las partes más importantes de cualquier programa puesto que determina qué tan factible y preciso será el desempeño del programa ante los comandos que el usuario pretenda ejecutar. Aunque un programa sea muy poderoso, si se manipula por medio de una interfaz pobremente elaborada, tendrá poco valor para un usuario inexperto. Es por esto que las. interfaces. gráficas. tienen. una. gran. importancia. para. usuarios. inexpertos o avanzados de cualquier programa ya que facilitan su uso.[24, 25] Ejemplos de interfaces gráficas son las ventanas de Word, Excel, la ventana de Matlab entre otras. Una interfaz gráfica consta de botones, menús, ventanas, etc., que permiten utilizar de una manera muy simple y en ocasiones casi intuitiva programas. realizados. en. ambientes como Windows y Linux. Las interfaces. gráficas también se conocen como interfaces de usuario. El nombre en inglés de las interfaces gráficas es Graphical User Interfase y se denominan GUI, por lo que se puede referir a ellas de la misma manera.[24] El GUIDE está diseñado para hacer menos tedioso el proceso de aplicación de la interfaz gráfica y obviamente para trabajar como herramienta de trazado de GUIs. Entre sus poderosos componentes está el editor de propiedades (property editor), éste se encuentra disponible en cualquier momento que se esté lidiando con los controles de Matlab. El editor de propiedades por separado se puede concebir como una herramienta de trazado, y asistente de codificación (revisión de nombres y valores de propiedades). Cuando se fusiona con el panel de control, el editor de menú, y herramienta de alineación, resulta una combinación que brinda un inigualable control de los gráficos en Matlab. El beneficio que proporciona el uso de GUIs es evidente, ya que permiten al usuario ejecutar cómodamente código desarrollado en Matlab sin necesidad de cumplir la incómoda sintaxis funcional necesaria cuando se trabaja desde la línea de órdenes. A diferencia de la ejecución de funciones o scripts de Matlab, la ejecución de GUIs no predetermina el flujo de ejecución del código. Es el usuario, a través de su interacción con el GUI, el que determina el orden en que se ejecutan las diferentes órdenes y funciones desarrolladas. Otra diferencia importante es que.

(42) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB31. la ejecución no termina cuando finaliza la ejecución del script o función, sino que el GUI permanece abierto, permitiendo al usuario invocar la ejecución de ese u otro código desarrollado.[24] Empleando el GUIDE, el entorno de desarrollo de GUIs, se puede definir todos los componentes gráficos que se deseen establecer en sus propiedades e incorporar código de respuesta a cada una de las acciones del usuario a través de una herramienta gráfica de cómodo manejo. Además, tiene la ventaja de que en cualquier momento se podrá elegir si se desea trabajar a alto o bajo nivel, pudiendo acceder al código asociado a través del editor de Matlab. La interfaz gráfica realizada se hizo con ayuda de la herramienta GUIDE, esta se accede de varias maneras, la primera de ellas es tecleando guide en la ventana de comando. >> guide Otra manera de entrar en GUIDE es través de la opción File, haciendo “clic” en New y por último eligiendo la opción GUI, (como se muestra en la figura 2.2).. Figura 2.2 Otra de el as consiste en buscar en el “Launch Pad” la opción referente a Matlab, hacer “clic” en ella, con lo que Matlab despliega las opciones que contiene, entre las que se encuentra la opción “Guide (GUI Builder)”, tal como se muestra en la.

(43) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB32. figura:. Figura 2.3 A continuación, se presenta el siguiente cuadro de diálogo, correspondiente con la Ventana de inicio de GUI:. Figura 2.4 Donde se presentan las siguientes opciones:. . Blank GUI (Default): La opción de interfaz gráfica de usuario en blanco (viene predeterminada), se presenta un formulario nuevo, en el cual se puede diseñar.

(44) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB33. nuestro programa.. . GUI with Uicontrols: Esta opción presenta un ejemplo en el cual se calcula la masa, dada la densidad y el volumen, en alguno de los dos sistemas de unidades. Se puede ejecutar este ejemplo y obtener los resultados.. . GUI with Axes and Menu: Esta opción es otro ejemplo el contiene el menú File con las opciones Open, Print y Close. En el formulario tiene un popup menú, un push button y un objeto axes, se puede ejecutar el programa eligiendo alguna de las seis opciones que se encuentran en el menú desplegable y haciendo “clic” en el botón de comando.. . Modal Question Dialog: Con esta opción se muestra en la pantalla a un cuadro de diálogo común, el cual consta de una pequeña imagen, una etiqueta y dos botones, Yes y No, dependiendo del botón que se presione, el GUI retorna el texto seleccionado (la cadena de caracteres “Yes ” o “No”).. Abajo, en la ventana de diálogo, se observa un check box que dice Save on startup as: y una ventana que te permite seleccionar un nuevo directorio. Mi sugerencia es marcar la casilla para activar la opción Browse y meter el nombre de una interfaz en un directorio en el que no haya nada. De no haberlo guardado, Matlab habría titulado provisionalmente a la interfaz como “untitled.fig” y la habría guardado en el directorio donde se hallaba la ventana de comandos. La cuestión más importante es que al guardar la interfaz en el mismo comienzo se encuentra con unos archivos nuevos en nuestro directorio elegido. Se crean dos archivos, un archivo es “.fig” y el otro es “.m”.[26] Como se eligió la primera opción, Blank GUI, se tiene:.

(45) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB34. Figura 2.5 Los componentes principales de GUIDE son:. . Barra de Menús: Aquí se encuentran las funciones elementales de Edición de GUIs.. . Paleta de Componentes (component Palette): Aquí se encuentran los uicontrols, estos. componentes. permiten. seleccionar. los. controles. (objetos) que son los que se muestran en la figura.. . La Barra de Herramientas: En el a se encuentran los siguientes botones.  Botón de ejecución (Run button): Al presionarse crea la figura de la interfaz diseñada en el Layout Área.  Alineación de Componentes (Alignment tool): Esta opción permite alinear los componentes que se encuentra en el área de trabajo (Layout Área) de manera personalizada.  Inspector de Propiedades (Property Inspector): con esta opción se asignan y modifican las propiedades de cada objeto en forma personalizada.  Navegador de Objetos (Object Browser): Muestra todos los.

(46) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB35. objetos que se encuentran en la figura (en forma de árbol) y a través del Object Browser se pueden seleccionar los objetos. Editor de Menús (Menú Editor): El redactor de Menú crea menús de ventana y menús de contexto.Conversión del programa desarrollado a ejecutable. Antes de comenzar a manipular los archivos “.m” y “.fig” es conveniente echarles un vistazo para ver las diferencias que se van a ir produciendo a medida que se vaya introduciendo elementos dentro de la interfaz.. Figura 2.6 Lo que se observa aquí es el archivo de tipo function con la extensión “.m” característica de Matlab. Este archivo es construido automáticamente por Matlab y.

(47) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB36. las líneas de código que aparecen son las que crean la interfaz que aparece en el archivo con extensión (*.fig). El archivo de inicialización define los parámetros básicos de la interfaz y crea un conjunto de handles para cada uno de los objetos que vayan apareciendo sobre la interfaz.[26] Después de diseñar la interfaz gráfica (esto se guardará en el fichero “.fig”) se procede a la programación ya que Matlab permite programar una serie de elementos controladores de flujo y la sintaxis es muy parecida a la de cualquier lenguaje de programación. Todos estos operadores se pueden usar en un fichero con extensión “.m”.[27] Para hacer el gráfico de la aplicación se escogió la función plot cuya sintaxis básica es: plot(X,Y) dibuja el vector Y frente al vector X. Se permite dibujar varios gráficos en una misma figura. Para ello la sintaxis es plot(X1,Y1,X2,Y2,...). Si se desea diferenciar las distintas gráficas, se pueden cambiar las propiedades de representación de las mismas, es decir, se puede especificar el color y tipo de línea.[27] Para poner título tanto a la figura como a los ejes coordenados existen una serie de funciones: title(’Título de la figura’). xlabel(’Título del eje x’). ylabel(’Título del eje y’). legend(’gráfica1’,’gráfica2’): Escribe una leyenda asociando un nombre a cada gráfica. grid: genera una rejilla sobre la gráfica para facilitar la interpretación de la misma. Cuando esté hecho y listo el programa para ejecutar y para convertir (primero verificar que el directorio del "current folder" sea donde está guardado el archivo “.m”), en el command window de Matlab se escribe lo siguiente:.

(48) CAPÍTULO 2. ELABORACIÓN DE UNA INTERFAZ GRÁFICA CON LA AYUDA DE MATLAB37. >>mbuild -setup En esta opción si se desea utilizar un compilador existente en el equipo, se escribe "y" y se acepta mediante un enter. Luego preguntará qué compilador elegir: si se escribe 1, erigirá por defecto el compilador de Matlab. Luego, Matlab mostrará el nombre de su compiler y preguntará si es correcto. Escribir "y" y dar enter y saldrá nuevamente el símbolo que indica que Matlab está listo para iniciar una nueva operación (>>). Esta vez se debe escribir: >>mcc -m nombredelprograma A partir de este punto hay que esperar a que Matlab termine de crear varios archivos en la misma carpeta donde se encuentra el fichero “.m” (esta operación a veces puede tomar varios minutos). Al terminar se obtiene el programa con extensión “.exe” que es el ejecutable, pero para hacer que corra en todos los lugares en que no haya Matlab instalado, se debe ir a la siguiente dirección: C:\Archivos de programa\MATLAB\R2009b\toolbox\compiler\deploy\win32 (o la versión que se encuentre instalada) Aquí, se debe el MCR (Matlab compiler runtime) de esta carpeta y colocarlo en la del ejecutable del programa a ejecutar. Si no existe Matlab donde se ejecute el programa, solo se debe instalar este MCR antes de intentar ejecutarlo. Es de señalar que, aunque no es muy ventajoso tener que instalar el MCR si es mucha mejor opción que instalar el Matlab..