Alimentación de red trifásica: activa, reactiva, plena

Los valores de la potencia activa total y reactiva total del circuito trifásico son iguales a las sumas de las potencias activa y reactiva para cada una de las tres fases A, B y C, respectivamente.Esta afirmación se ilustra con la siguiente fórmulas:

aquí Ua, Ub, Uc, Ia, Ib, Ic son los valores de las tensiones y corrientes de fase y φ es el desfase.

Cuando la carga es simétrica, es decir, en condiciones donde la potencia activa y reactiva de cada una de las fases son iguales entre sí, para encontrar la potencia total del circuito multifásico basta con multiplicar el valor de la potencia de fase por el número de fases involucradas. La potencia total se determina en base a los valores obtenidos de sus componentes activos y reactivos:

En las fórmulas anteriores, los valores de fase de las cantidades se pueden expresar en términos de sus valores lineales, que diferirán para los esquemas de conexión en estrella o delta para los usuarios, pero las fórmulas de potencia finalmente serán las mismas:

De las expresiones anteriores se deduce que independientemente del esquema de conexión de los receptores de energía eléctrica, ya sea un triángulo o una estrella, si la carga es simétrica, entonces las fórmulas para encontrar la potencia tendrán la misma forma, tanto para un triángulo y para una estrella:

Estas fórmulas muestran valores lineales de tensión y corriente y se escriben sin subíndices. Por lo general, dicha notación se encuentra sin subíndices, es decir, si no hay subíndices, nos referimos a valores lineales.

Un dispositivo de medición especial, llamado vatímetro… Sus lecturas están determinadas por la fórmula:

en la fórmula anterior, Uw e Iw son los vectores del voltaje aplicado a la carga y la corriente que fluye a través de ella.

La naturaleza de la carga activa y el diagrama de conexión de fase pueden ser diferentes, por lo tanto, dependiendo de las circunstancias específicas, los diagramas de conexión del vatímetro serán diferentes.

Para circuitos trifásicos con carga simétrica, para una medición aproximada de la potencia activa total, si no se requiere una alta precisión, es suficiente un vatímetro conectado a una sola de las fases. Después de eso, para obtener el valor de la potencia activa de todo el circuito, queda multiplicar las lecturas del vatímetro por el número de fases:

Para un circuito de cuatro hilos con un hilo neutro, para medir con precisión la potencia activa, se requieren tres vatímetros, cada uno de los cuales se lee y luego se suma para obtener un valor de la potencia total del circuito:

Si no hay cable neutro en un circuito trifásico, dos vatímetros son suficientes para medir la potencia total, incluso si la carga está desequilibrada.

En ausencia de un conductor neutro, las corrientes de fase están interconectadas de acuerdo con la primera ley de Kirchhoff:

Entonces la suma de las lecturas de un par de vatímetros será igual a:

Entonces, si agrega las lecturas de un par de vatímetros, obtiene la potencia activa total en el circuito trifásico en estudio, y las lecturas de los vatímetros dependerán tanto del tamaño de la carga como de su naturaleza.

Al observar el diagrama vectorial de corrientes y voltajes en relación con una carga simétrica, se puede concluir que las lecturas de los vatímetros están determinadas por las siguientes fórmulas:

Después de analizar estas expresiones, se puede entender que con una carga puramente activa, cuando φ = 0, las lecturas de los dos vatímetros serán iguales entre sí, es decir, W1 = W2.

Con inductancia de carga activa, cuando 0 ≤ φ ≤ 90 °, las lecturas del vatímetro 1 serán menores que las del vatímetro 2, es decir, W1 60 °, las lecturas del vatímetro 1 serán negativas, es decir, W1 <0.

Con una naturaleza activo-capacitiva de la carga, cuando 0 ≥ φ≥ -90 °, las lecturas del vatímetro 2 serán menores que el vatímetro 1, es decir, W1> W2. A φ <-60 °, las lecturas del vatímetro 2 se volverán negativas.