En esta demostración, se aplica una tensión de 50 Hz de amplitud variable a un inductor saturable ideal (sin histéresis) a fin de determinar la forma de onda de la corriente magnetizante correspondiente. La curva tensión-corriente se traza usando la función arcotangente. Se usan dos parámetros para regular esta relación no lineal: un factor de referencia corriente-tensión, que actúa como factor de escala para la corriente; y el nivel de saturación, que indica el nivel de tensión para el cual se hace más evidente la saturación. El gráfico de la corriente se desplaza medio ciclo (0,005 s) debido a la naturaleza inductiva del circuito.

Autores:
Alejandro Gudiño, Juan F. Russo, Diego M. Ferreyra
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
6 de octubre de 2011

En la parte superior izquierda, se grafica la forma de onda de la tensión de salida que se obtiene de la regulación del ángulo de disparo de los semiconductores del controlador. El conjunto de semiconductores, conectado en serie entre el suministro y la carga, puede incluir un par de SCR conectados en oposición, un TRIAC, u otras disposiciones que incluyan diodos y SCR. Si bien es cierto que los ángulos de disparo habitualmente se miden restando desde los 180º, en esta demostración deliberadamente se los define en relación con el comienzo del semiciclo y se los mide sumando desde 0º. La tensión eficaz de suministro de la red se configura en 220 V, que corresponde a un valor de cresta de aproximadamente 311 V.
En la parte superior derecha, se grafican todos los valores de tensión medidos, incluidos los valores nulos; de esta manera, se muestra la versión discretizada en el tiempo de la tensión medida. Sin embargo, no se han discretizado los valores de tensión, como invariablemente ocurriría en una medición digital.
Por último, en la parte inferior izquierda, se muestra el espectro en frecuencia obtenido para la forma de onda de la tensión medida.
En realidad, para la implementación de mediciones digitales prácticas, el uso del algoritmo de la transformada discreta de Fourier (Discrete Fourier Transform, DFT) requeriría que previamente se filtre la tensión medida a fin de descartar las componentes armónicas de frecuencias superiores a la de Nyquist. Dados los fines didácticos de esta demostración, no se ha implementado esta etapa de filtrado. Por supuesto, esto implica desviaciones en los valores del espectro armónico, pero esto no afecta los resultados cualitativos.

Autores:
Diego M. Ferreyra, Hernán Asís, Fabián Dopazo, Paulo Gianoglio
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
1 de diciembre de 2011

En ingeniería eléctrica, así como también en otras áreas, las formas de onda sinusoidales pueden representarse por medio de fasores. Un fasor puede interpretarse como la representación de un número complejo de módulo constante y ángulo variable. A medida que el ángulo varía de manera continua entre 0º y 360º, la longitud de las proyecciones del fasor sobre cada uno de los ejes, el real y el complejo, varían según una función seno o coseno dependiente del tiempo.
En la práctica, las formas de onda de las tensiones y corrientes rara vez son sinusoidales. Sin embargo, se las puede descomponer en sus componentes armónicas (sinusoidales), por ejemplo, por medio de la transformada discreta de Fourier, que permite obtener los espectros armónicos de las magnitudes medidas. En los sistemas de distribución de energía, los espectros armónicos típicamente incluyen solo armónicas impares cuya amplitud decrece con la frecuencia armónica. A mayor cantidad de armónicas incluidas, mejor será la recomposición de la forma de onda original. Para representar sistemas de distribución de energía, por lo general es lo suficientemente exacto llegar hasta la armónica 25.
A fin de mantener la claridad, esta demostración solo incluye la fundamental y las armónicas tercera, quinta y séptima. Pueden variarse todos los módulos (amplitudes) y los ángulos, excepto el correspondiente a la fundamental, que tiene el ángulo de referencia (de fase cero). La configuración inicial predeterminada corresponde a las componentes de una forma de onda cuadrada.

Autor:
Diego M. Ferreyra
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
21 de mayo de 2012

Los puentes rectificadores monofásicos están incorporados en las fuentes de suministro de diversos dispositivos. Se los utiliza para convertir la energía de corriente alterna de la red a energía de corriente continua, que típicamente se usa para alimentar un condensador o grupo de condensadores. Este condensador (o grupo de condensadores) se conoce habitualmente como el bus de corriente continua del rectificador.
La tensión disponible en dicho bus de corriente continua se usa para alimentar una carga a través de algún tipo de dispositivo con conmutación. Por ejemplo, se la puede usar como tensión de suministro interna para cualquier electrodoméstico electrónico. En aplicaciones industriales, se puede usar esta tensión de corriente continua para sintetizar una tensión de corriente alterna, como en los sistemas de alimentación ininterrumpida (Uninterruptible Power Supplies, UPS) y en los accionamientos de frecuencia variable, diseñados para hacer funcionar motores de corriente alterna con una tensión de frecuencia regulable.
El nivel de tensión de régimen permanente del bus de corriente continua, que puede variarse en esta demostración, depende en gran medida del nivel de carga del rectificador. Para cargas importantes, la tensión de corriente continua se mantiene lo suficientemente baja como para permitir que circulen corrientes importantes a través del puente rectificador. Si la carga del rectificador es menor, esto implica tensiones de corriente continua más elevadas y, por lo tanto, corrientes más reducidas.
La magnitud de la corriente del rectificador, que está determinada por la diferencia entre la tensión de corriente alterna y la tensión del bus de corriente continua, está limitada por la impedancia de la fuente, que aquí se puede regular variando la inductancia.
La forma de onda de la corriente del rectificador depende principalmente de la naturaleza resistiva o reactiva de la impedancia de la fuente (la red). En esta demostración, se considera una fuente de alimentación puramente inductiva.
La potencia de cortocircuito de la fuente se varía aproximadamente entre 0,1 MVA y 0,3 MVA, según sean los valores elegidos de frecuencia e inductancia.

Autor:
Diego M. Ferreyra
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
8 de octubre de 2012

La estimación de estado consiste en el uso de un criterio estadístico para asignar valores a un conjunto de variables de estado (desconocidas), sobre la base de un conjunto de mediciones realizadas sobre el sistema. Dado que la mayoría de las variables de estado son desconocidas en los sistemas prácticos, se las debe estimar a partir de las mediciones que realmente se pueden realizar. Los valores asignados a las variables de estado por medio de una técnica de estimación de estado se denominan estimaciones de las variables de estado. La estimación de estado puede realizarse tanto en sistemas lineales como no lineales.
En esta demostración, se representa un sistema lineal con una única variable de estado (eje X) y tres magnitudes diferentes (eje Y) que se miden. Suponiendo que se conoce por completo el modelo del sistema, el gráfico muestra las relaciones lineales que describen los valores de cada una de las tres magnitudes medidas como funciones de la variable de estado.
Las mediciones incluyen errores con distribución normal, que describen el hecho habitual de que la medición de una magnitud dada nunca arroja su valor verdadero, sino un valor que resulta de sumar el valor verdadero con un error Gaussiano de media nula.
A partir de estas mediciones deliberadamente inexactas, se calcula una estimación de la variable de estado usando un método de mínimos cuadrados ponderados. A estos fines, se aplican a las mediciones factores de ponderación dependientes de sus varianzas. Concretamente, las mediciones con varianzas pequeñas, obtenidas de los mejores instrumentos de medición, son preponderantes cuando se trata de realizar la estimación. Por otro lado, las mediciones con varianzas mayores (provenientes de peores instrumentos) tienen factores de ponderación menores y, por lo tanto, un impacto menor en la determinación de la estimación de la variable de estado.

Autor:
Diego M. Ferreyra
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
26 de febrero de 2013

Cuando ocurre un cortocircuito en un sistema de potencia, la evolución temporal de la corriente de falla depende principalmente de la relación X-R (reactancia-resistencia) del sistema y del ángulo en que se produce la falla (medida en relación con la tensión del sistema) [1].
En esta demostración, se muestra una corriente de cortocircuito típica (graficada en rojo) para una sola fase suponiendo, para simplificar, que no hay corriente de carga antes del tiempo t=0. También se grafica la componente de corriente continua con decrecimiento exponencial de la corriente de falla, así como las envolventes positiva y negativa. Estas tres componentes se grafican en líneas de trazos. La tensión sinusoidal se grafica en negro.

Autores:
Diego M. Ferreyra, Raúl A. Beinotti
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
11 de marzo de 2013

En esta demostración, se muestra lo siguiente en la sección transversal del estator de una máquina de corriente alterna típica de 2 polos, 50 Hz, con bobinados concentrados.
1. La variación temporal sinusoidal de las corrientes de las tres fases (identificadas con rojo, azul y verde), donde una cruz («X») representa una corriente entrante y un punto («•») representa una corriente saliente.
2. La variación temporal sinusoidal de los campos magnéticos generados por dichas corrientes (identificados con los mismos colores).
3. La composición vectorial de los tres campos magnéticos, cuyo resultado es un campo magnético giratorio. Se puede ocultar la resultante e invertir su sentido de giro. Para que se aplique el principio de superposición al adicionar los vectores de campo, se desprecian los efectos de la saturación.

Autores:
Diego M. Ferreyra, Omar D. Gallo
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
25 de septiembre de 2013

El motor de IV polos, 5,5 kW, 11,7 A y 50 Hz tiene los siguientes parámetros de circuito equivalente referidos al estator:

- Resistencia del estator: R1 = 0,94 ohmios
- Reactancia de dispersión del estator: X1 = 1,598 ohmios (a 50 Hz)
- Resistencia del rotor: R2 = 0,658 ohmios
- Reactancia de dispersión del rotor: X2 = 1,598 ohmios (a 50 Hz)
- Reactancia de la rama de magnetización: Xm = 32,54 ohmios (a 50 Hz)
- Se desprecia la resistencia de la rama en paralelo.

Se supone que el ventilador solicita exactamente 5,5 kW del motor (la potencia asignada del motor) a su velocidad asignada. Como simplificación, la curva de par del ventilador se ajustó a una función cuadrática que pasa por (0,0).
Se puede variar la tensión aplicada al motor a fin de mostrar la variación correspondiente sobre el eje de los pares de la curva de par del motor. También se puede alternar la frecuencia entre 50 Hz y 60 Hz, con lo cual claramente se cambia la velocidad sincrónica (intersección de la curva de par del motor con el eje de la velocidad), además de la forma horizontal de la curva de par del motor.
Además, se puede variar ampliamente la resistencia del rotor, R2, a fin de mostrar el impacto de este parámetro de diseño sobre el desempeño del motor.
El área del rectángulo sombreado representa la potencia mecánica transferida del motor al ventilador en las condiciones de funcionamiento correspondientes. Resulta de particular interés evaluar el incremento visible en la potencia mecánica cuando la frecuencia de suministro se cambia de 50 Hz a 60 Hz.

Autor:
Diego M. Ferreyra
(GISEner, UTN Facultad Regional San Francisco)
20 de octubre de 2013