miércoles, 27 de octubre de 2010

Índices horarios (I): Determinación práctica

AulamoisanEduardo Parra
Índices horarios (I): Determinación práctica
El presente artículo tratará de exponer un método sencillo y claro para la determinación del “índice horario” en cualquier transformación trifásica


Fundamentos
El flujo común de los bobinados primario y secundario, tanto en un transformador monofásico como en una columna de un transformador trifásico, determina en ellos unas fuerzas electromotrices de la misma dirección y sentido (proporcionales a sus respectivas espiras).
La figura 1 muestra lo indicado. En nuestro caso la representación para la primera columna se realizará mediante los segmentos AA’ para el primario y aa’ para el secundario.
Lo primero que hacemos es determinar los terminales homólogos de primario y secundario en cada una de las columnas de nuestra transformación trifásica, y proceder a su marcado como se indica en la figura 2.
El sistema trifásico de alimentación lo representamos por el triángulo equilátero de la figura 3, en cuyos vértices marcamos las líneas correspondientes, situando el punto neutro en el centro del triángulo(*).
Aplicación práctica
Si bien el método se puede aplicar a cualquier transformación trifásica, lo expondremos mediante la aplicación un caso concreto: un transformador triángulo-estrella (figura 4).

Marcamos los extremos de las bobinas como hemos indicado anteriormente.
Primero tenemos que determinar los segmentos AA’, BB’ y CC’ que corresponden a las tensiones en los bobinados primarios.
Para ello, dado que A está unido a L1 (figura 4), en el triángulo de alimentación A deberá estar unido a L1 (figura 5).
De igual modo se observa que A’ está unido a L2 (figura 4), por lo que sucederá lo mismo en el triángulo de alimentación (figura 5).
Siguiendo este procedimiento marcaremos los extremos B y B’, así como C y C’.
A continuación representamos los segmentos aa’, bb’ y cc’ (correspondientes a las tensiones en los bobinados secundarios), que tendrán la misma dirección y sentido, respectivamente, que los segmentos AA’, BB’ y CC’ (figura 5).
Teniendo en cuenta el esquema de la figura 4, procederemos a unir los segmentos aa’, bb’ y cc’ de acuerdo a las conexiones de secundario, obteniendo la figura 6. En ella hemos marcado también las tres líneas de salida del secundario (l1, l2 y l3).
Unimos con una flecha el neutro con la salida de la primera fase tanto en el triángulo de la figura 5 como en el de la figura 6. Si superponemos ambos triángulos por sus puntos neutros, obtendremos la figura 7, a la que se ha superpuesto también una esfera de reloj. La hora que indican las flechas, tomadas como manecillas del reloj es el índice horario de la transformación (en caso de que marquen las 12 el índice será 0).
En el caso de la transformación estudiada (figura 4) su índice horario será 11. Tenemos un transformador Dy11.
Descárgate este documento en la página WEB Aulamoisan.

Próximos artículos:
Índices horarios (II): Desarrollo del método
Índices horarios (III): Diferentes casos para cada transformador

(*) La figura a) representa las tensiones de un sistema trifásico. Si desplazamos las tensiones de línea (en negro) observamos que componen un triángulo equilátero (véase la figura b)). En el estudio de los índices horarios, utilizaremos esta forma geométrica, el triángulo, para representar las tensiones trifásicas (figura c)).

lunes, 18 de octubre de 2010

Simulación de circuitos trifásicos


La resolución de problemas de ingeniería mediante computadora es útil para el estudio de sistemas sin necesidad de tener el equipo físico. Para ello se diseña un simulador mediante software en el que se programarán las ecuaciones que definen el comportamiento del sistema a estudiar.
En este caso se ha diseñado un software para el estudio de circuitos trifásicos de corriente alterna, como se puede ver en la figura.

Los datos de partida son la tensión del sistema trifásico y los valores de las cuatro impedancias de la carga (tres de cada una de las fases y una conectada al neutro). Obsérvese que la carga pueden tener componente resistiva, inductiva y capacitiva. Con estos datos nos estamos enfrentando a un problema típico de análisis donde se determinarán las corrientes establecidas en cada una de las fases y en el neutro, así como las potencias generadas y consumidas en los distintos elementos del circuito.

El estudio se hace tanto en el dominio temporal, representando en una gráfica sus valores, como en el dominio fasorial obteniéndose los valores eficaces, y representandose el diagrama fasorial (en realidad se calcula en el dominio fasorial y se pasa al dominio temporal).

Una vez resuelto para unos valores concretos de impedancias, podemos modificar el valor de estas y determinar de nuevo la respuesta del circuito.

También se ha determinado la potencia instantánea total generada en el circuito, así como las potencias activa, reactiva y aparente.

Este software simulador está disponible en la siguiente página WEB http://www.aulamoisan.com/software-moisan/corriente-alterna, y puede ser descargado gratuitamente.

Moisés San Martín

lunes, 12 de julio de 2010

Diagrama del Círculo de una Máquina Asíncrona

El diagrama del círculo de una máquina asíncrona trifásica es el lugar geométrico del fasor corriente representado en el plano de Gauss (plano complejo).
Para analizar la máquina asíncrona partimos de su circuito equivalente representado en la siguiente figura. Este circuito corresponde a un circuito monofásico equivalente al circuito trifásico equilibrado de una máquina asíncrona o de inducción.

En este circuito se ha considerado tanto las pérdidas de potencia en el hierro como en el cobre, así como las reactancias correspondientes al flujo útil y a los flujos disperso en estator y rotor.

La resistencia de carga representará la potencia electromagnética transferida al eje y que se convertirá en potencia útil del motor una vez descontadas las pérdidas mecánicas. Obsérvese que esta resistencia de carga (R`c) es la única variable en el circuito equivalente.

Si analizamos el lugar geométrico de la impedancia Z del circuito en el plano complejo o plano de Gauss (resistencia en el eje X y reactancia en el eje Y imaginario) tenemos que se corresponde con una recta, dado que solamente se modifica R (concretamente R`c). El lugar geométrico de la admitancia Y (inversa de Z) será una circunferencia (la inversa geométrica de una recta). A esta circunferencia es a la que se conoce como Diagrama del círculo. Si a la admitancia Y la multiplicamos por la tensión entre fase y neutro obtenemos la corriente I, cuyo lugar geométrico también es una circunferencia. Si multiplicamos de nuevo por tres veces la tensión entre fase y neutro obtenemos la potencia aparente S = P + jQ, cuyo lugar geométrico también es una circunferencia. La siguiente figura representa este diagrama del círculo:



Se ha marcado en el círculo con trazo más grueso los puntos de funcionamiento en régimen permanente.

Para comprobar experimentalmente la obtención del diagrama del círculo en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas de la Universidad de Valladolid hemos realizado el siguiente montaje:



Hemos procedido a arrancar la máquina en vacío, posteriormente se ha añadido carga mecánica, y a continuación se ha hecho trabajar a la máquina como generador mediante otro motor de arrastre que llevará a la máquina por encima de su velocidad síncrona. Las lecturas las hemos obtenido con el programa Gestión de ensayos eléctricos que representamos en la siguiente figura:



Obsérvese el arco obtenido en la representación de la potencia activa frente a la reactiva correspondiente a una circunferencia. Puedes ver un vídeo del ensayo en http://www.youtube.com/watch?v=Me3v63yehqM.


Moisés San Martín

jueves, 24 de junio de 2010

Envío de SMS desde el ordenador (usando el teléfono)


Prácticamente todos los teléfonos celulares disponen de la opción MÓDEM, lo que permite conectarlos con el ordenador y disponer de los mensajes, contactos etc. En este caso vamos a utilizar está función de módem para enviar mensajes cortos (SMS) desde el ordenador.

Una utilidad que puede tener el envío de SMS desde el ordenador es, por ejemplo, si disponemos de un software conectado a un equipo industrial, podemos generar de manera independiente alarmas o avisos (en formato SMS) que informen a cualquier usuario del estado de la instalación. (Indicar que el mensaje SMS será enviado finalmente por el teléfono celular, por lo que con este método no nos ahorramos ningún coste por el envío desde el ordenador).

Para la conexión del teléfono celular con el ordenador usaremos los medios habituales, el puerto USB o por medio de Bluetooth. El más versatil sería el Bluetooth, ya que tiene la ventaja que no se necesita un cable especial para cada teléfono que se conecte. De no disponer el ordenador de conexión Bluetooth, existen elementos USB con conexión Bluetooth que pueden hacer tal función. Una vez que nos conectamos al teléfono aparecerá un nuevo módem en el ordenador, asociado a un puerto serie COM.

Para el envío de los SMS usaremos la función de MODEM "AT+CMGS ". Esta función pertenece a una serie de comandos denominados comandos HAYES. Este texto deberá ser enviado por el puerto serie. La sintaxis de este comando es: AT+CMGS ,145 "Número de teléfono con prefijo (+34XXXXXXXX)" "CR (Fin de línea)" "Texto a enviar" "ctrl-Z/ESC (Carácter 26 del código ASCII)". La generación de estos textos lo podemos hacer con cualquier lenguaje de programación, o con el Hyperterminal que traía Windows en su sistema operativo.

De esta manera, en Aulamoisan hemos creado una central de Alarmas que permite conectar a sistemas SCADA para saber el estado de la instalación.
Así, ya no es necesario estar físicamente junto a la instalación industrial para conocer el estado de la misma. El software para el envío de estados y alarmas no tiene por qué estar hecho en el mismo lenguaje que el sistema SCADA dado que se comunica con él vía DDE (Intercambio Dinámico de Datos). La comunicación DDE permite interconectar programas de Windows entre sí (Excel incorpora por defecto un servidor DDE).

Moisés San Martín

jueves, 27 de mayo de 2010

Sobretensión por rotura del neutro

En este artículo vamos a analizar la sobretensión permanente producida por la rotura del neutro, es decir, por la desconexión del neutro del centro de la estrella de una carga trifásica. Veremos que si la carga eléctrica conectada es asimétrica (está desequilibrada) se produce una sobretensión permanente.

Con el fin de visualizar el fenómeno, obsérvese la figura donde tenemos tres cargas conectadas en estrella, y el centro de la estrella desconectado del neutro N. La resolución del problema es simple aplicando los conocimientos de la teoría de circuitos. A partir de una tensión trifásica aplicada se tratará de determinar la tensión en cada una de las tres cargas. Para ello utilizamos el simulador de la página WEB Aulamoisan que se puede descargar en el siguiente enlace: http://www.aulamoisan.com/software-moisan/sobretension-rotura-neutro.

La siguiente figura representa una pantalla del mencionado simulador donde se observa que las sobretensiones se producen en aquella línea donde tenemos la carga menor (mayor impedancia).


En el Laboratorio de Máquinas Eléctricas de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Valladolid hemos montado un dispositivo de protección contra sobretensiones (cedido por Cirprotec) y con los aparatos de medida y equipos para provocar una sobretensión permanente. La siguiente figura representa el software de Gestión de Ensayos Eléctricos con el que hemos realizado esta práctica.


Moisés San Martín

viernes, 7 de mayo de 2010

Análisis del consumo en lámparas de leds

Continuamos con la serie de artículos de análisis del consumo de lámparas. En este caso vamos a analizar el encendido y el consumo de una lámpara de leds de potencia nominal 1 W.

Indicar que para la adquisición de datos disponemos de una tarjeta de adquisición de datos y transductores de tensión (hasta 600 V) y de corriente (hasta 5 A). Dada la baja corriente del consumo de una sola lámpara de 1W es posible que se introduzcan errores. En la siguiente figura están representados los valores instantáneos de la tensión y corriente una vez conectada la lámpara. Obsérvese que la corriente es muy baja.



Como en anteriores ocasiones, procedemos a la conexión y desconexión de la lámpara. Analizamos el encendido de la misma, obtenemos los valores eficaces de la tensión y corriente, y el valor de la potencia activa.

En la siguiente figura hemos representado las magnitudes mencionadas anteriormente. Pasados tres segundos conectamos la lámpara, observamos que el encendido es instantáneo, no produciéndose ninguna sobrecorriente en el mismo. Mantenemos la lámpara conectada hasta los 10 segundo, en el que se produce su desconexión. En la siguiente figura representamos los resultados, donde se puede ver que el consumo medio de la lámpara efectivamente es de 1 W, por lo que el consumo en corriente no llega a una décima de amperio. Se observa cierta variabilidad en la potencia media, debida probablemente a errores de ruido al medir magnitudes tan pequeñas.



Moisés San Martín