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    La representacin fasorial de la potencia en circuitos AC monofsicos

    G. Aguirre-Zamalloa1, N. Vidal-Lekue2

    1Departamento de Ingeniera Elctrica

    ETSIB, Universidad del Pas Vasco

    2Departamento de Electricidad y Electrnica

    Facultad de Ciencia y Tecnologa, Universidad del Pas Vasco

    Crees que los que estn as han visto otra cosa [..] sino las sombrasproyectadas por el fuego sobre la pared de la caverna que est frente a

    ellos? [] Entonces no hay duda -dije- de que tales hombres notendrn por real ninguna otra cosa ms que las sombras de los

    objetos

    Platn, Libro VII de La Repblica

    Resumen

    Se define la potencia reactiva instantnea q(t) para

    circuitos AC monofsicos en rgimen permanente. Esto

    permite obtener la potencia compleja instantnea s=p+jq,

    la cual admite a su vez una interpretacin fasorialextremadamente til que se estudia con cierto detalle. A

    continuacin proponemos una generalizacin de estas

    magnitudes instantneas para el caso transitorio por

    medio de los vectores espirales de Yamamura.

    Palabras clave

    Fasores, vectores espirales, potencia compleja,

    transitorio, potencia reactiva instantnea (PRI).

    1. Introduccin

    Fue Steinmetz [1] a finales del S. XIX quien introdujo el

    empleo de la potente notacin fasorial (compleja) para

    analizar circuitos AC. Esta mejora del formalismomatemtico propici un notable avance debido a que

    permiti aplicar directamente a los circuitos AC los

    mtodos desarrollados para resolver circuitos DC. Otra

    ventaja decisiva de los fasores reside en su interpretacin

    geomtrica directa: los diagramas fasoriales que muestran

    las relaciones entre corrientes y tensiones son

    herramientas de representacin muy comunes y tiles. En

    la actualidad estas representaciones grficas ya no se

    emplean como herramientas de clculo sino como

    recursos mnemnicos, cualitativos, que permiten captar

    inmediatamente relaciones entre varias cantidades de

    manera mucho ms directa que mediante una ecuacin

    algebraica, por ejemplo.

    Aunque la representacin fasorial de seales sinusoidales

    puras (ondas de tensin, corriente, fuerzas

    magnetomotrices, etc.) es trivial, hay otras magnitudeselctricas de gran importancia que aparentemente no la

    admiten, como la potencia por ejemplo. Es

    indudablemente cierto que la potencia instantnea

    absorbida por un dipolo elctrico )()()( titutp por serel producto de dos seales monocromticas presenta

    naturalmente la mezcla de frecuencias (funcin

    heterodina):

    tttt )cos()cos(sinsin2 212121 (1)

    por lo que no puede ser representada por medio de un

    fasor estndar. No obstante, en este trabajo nos

    proponemos demostrar que para el caso 21 si

    que puede obtenerse una representacin cuasi-fasorial pormedio de fasores excntricos. Creemos que esta

    representacin es muy ilustrativa de modo que vamos a

    definirla cuidadosamente y a estudiar sus propiedades.

    En el ao 1984 Akagi y Nabae [2] introdujeron los

    conceptos de potencia activa y reactiva instantneas para

    el anlisis del problema de la transmisin de potencia en

    sistemas trifsicos, emplendolo en concreto para

    demostrar las posibilidades de mejora de rendimiento y

    compensacin mediante elementos no almacenadores de

    energa. A partir de ese momento varios otros grupos han

    trabajado sobre el mismo tema, ampliando y

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    generalizando los conceptos y herramientas, por lo que se

    ha generado una abundante bibliografa [3-4].

    Mencionemos brevemente que segn estos autores la

    potencia activa instantnea (en adelante PAI) para

    sistemas trifsicos AC se define como: )()()( titutp yel vector potencia reactiva instantnea se define como:

    )()()( titutq , donde Ttutututu )(),(),()( 321 e

    T

    titititi )(),(),()( 321 . Con toda lgica se define lapotencia reactiva instantnea (PRI) como el mdulo del

    vector PRI.

    Estas definiciones, sin embargo, no son completamente

    trasladables al caso monofsico. As, aunque la

    definicin de PAI es la correcta: )()()( titutp , la PRI

    resulta idnticamente nula 0)( tq , lo cual no puede sercierto en general. A nosotros no nos consta que ninguna

    definicin satisfactoria de la PRI monofsica haya sido

    publicada hasta la fecha. En el presente trabajo vamos a

    proponer una definicin vlida de PRI para sistemas AC

    monofsicos en rgimen permanente que es

    independiente de la definicin previamente mencionada,

    y que vamos a generalizar inmediatamente al rgimentransitorio.

    En este trabajo no nos volveremos a ocupar de las

    potencias trifsicas. Sin embargo, con respecto a esta

    cuestin no queremos dejar pasar la ocasin de comentar

    un prometedor desarrollo del formalismo matemtico que

    en el futuro podra muy bien ser la va para la unificacin

    y generalizacin de estos conceptos. Nos estamos

    refiriendo al lgebra geomtrica (AG) que es un

    formalismo que abarca, generaliza y simplifica el clculo

    de matrices, de nmeros complejos, de cuaterniones y de

    espinores por ejemplo y que tuvo su origen en los

    trabajos de los matemticos Grassman y Clifford [5].

    Como ilustracin sealemos que en AG se define unnuevo producto de vectores, el producto geomtrico:

    bajbabababa (2)

    donde "" indica el producto exterior y "" j es el

    pseudoescalar del lgebra, que es tal que 12 j . Lasuma de escalares y vectores (multivectores) no

    solamente es posible, sino que es inmensamente

    beneficiosa; as, por ejemplo, el producto geomtrico de

    los vectores tensin y corriente trifsicos nos da

    automticamente el (multivector) potencia. Entre las

    bondades del producto geomtrico destacaremos que es

    generalizable a cualquier dimensin e invertible, por lo

    que se nos va a permitir dividir entre vectores! Aunque aprimera vista la expresin (2) parezca incorrecta la

    realidad es que, y esto puede ser una autntica sorpresa

    para algunos, la estamos empleando continuamente al

    manejar nmeros complejos (dimensin 2); as,

    211222112121*

    babajbabajbbjaaba (3)

    es esencialmente equivalente a (2).

    Este artculo est estructurado de la manera siguiente:

    despus de esta introduccin definimos la PRI

    monofsica )(tq en el rgimen permanente en la seccin

    2. Este es el resultado central del trabajo por lo que

    dedicamos el resto de la seccin a su justificacin y a

    demostrar sus principales propiedades. En la seccin 3

    presentamos con cierto detalle el diagrama fasorial de las

    potencias y damos algn ejemplo, siempre en rgimen

    permanente. La seccin 4 introduce brevemente el

    formalismo de los vectores espirales AC de Yamamura.

    En la seccin 5 elaboramos una redefinicin de las PAI y

    PRI en trminos de vectores espirales para poder

    generalizar estos resultados al rgimen transitorio, y sepresentan algunos ejemplos ms. En la seccin 6 se

    elaboran las ms importantes conclusiones.

    2. Definiciones en rgimen AC permanente

    En ese apartado analizamos el rgimen permanente de

    circuitos alternos sinusoidales monofsicos.

    Establezcamos en primer lugar la notacin con toda

    claridad. Las letras minsculas, con o sin dependencia

    temporal explcita denotan valores instantneos mientras

    que las maysculas indican valores constantes. Los

    smbolos subrayados son complejos y si no lo estn son

    reales. Las variables complejas instantneas las

    escribimos normalmente en notacin exponencial. As,

    por ejemplo, )(tii , )(tuu son funciones peridicas

    de periodo

    2T . Tambin tjeItii 2)( ,

    iii Re e 222 iII . Finalmente resulta muyconveniente introducir las siguientes abreviaturas:

    )4

    ()(T

    tftf

    y )4

    ()(T

    tftf

    .

    Recordemos que por definicin la potencia compleja

    consumida por un dipolo es jQPIUS * , donde Pes la potencia promedio (potencia activa) absorbida que

    vale*

    Re)()()( IUtutitpP . Esta ltimaexpresin naturalmente nos invita a examinar la funcin

    de correlacin cruzada entre corriente y tensin:

    sincos)(

    ))((4

    1)()()(

    QP

    cceiccutituj

    (4)

    donde cc denota conjugacin compleja. En trminos

    generales una funcin de correlacin cruzada nos da una

    medida del grado de semejanza de las funciones. En el

    presente caso se trata una funcin sinusoidal de periodo T

    que verifica P)0( obviamente y tambin QT)

    4( .

    De este modo se justifica la introduccin de la funcin

    auxiliar )4

    ()()(T

    tituiut

    cuyas propiedades

    vamos a estudiar a continuacin para comprobar si se

    trata de un buen candidato para identificarlo como q(t) o

    potencia reactiva instantnea. En cualquier caso,

    debemos tener presente que por muy incierto que sea su

    sentido fsico, su definicin matemtica, dada ms arriba,

    es clara y distinta.

    Esta funcin )(t tiene las siguientes propiedades:

    1. Es dimensionalmente homognea a una potencia.

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    2. Tal y como se ha demostrado Qt )( , donde Qdenota la potencia reactiva absorbida por el circuito.

    3. El teorema Tellegen [6] garantiza que

    R

    k

    k t1

    0)( ,

    dondeR indica el nmero total de ramas del circuito.

    De la combinacin de las propiedades 2 y 3 resulta una

    prueba de la parte imaginaria del teorema de Boucherot

    [6]. Adems, al verificarse las relaciones siguientes:

    *4 ImReRe iijeiiT

    j

    (5a)

    y tambin

    *ImReReRe iijdt

    idi

    dt

    d

    dt

    di

    (5b)

    se puede probar que:

    4. diudtdtdi

    uT

    dttT

    QTT

    2

    11)(

    1

    00

    (6)

    Esta ltima propiedad revela el significado fsico del rea

    limitada por la elipse inclinada descrita por el punto

    ui, , tal y como se podra medir mediante unosciloscopio. Podemos ahondar algo ms en la

    interpretacin de este resultado tomando la siguiente

    analoga mecnica: un mvil de masa unidad 1m quese desplazase por el plano yuxi , siguiendo lasoscilaciones de tensin y corriente en una impedancia

    ZZ estara localizado en el punto:

    ytUxtItr cos2)cos(2)(

    animado de velocidad:

    ytUxtIt sin2)sin(2)(v

    Por lo que su momento angular se conservara:

    QUIprMzz

    2sin2

    5. Mediante un razonamiento dual al del apartado 4,

    podemos llegar a la conclusin de que el rea

    limitada por la curva cerrada descrita en el plano

    ui , (y medida con un osciloscopio digital) es P, lapotencia activa:

    udidt

    dt

    udi

    T

    dtiu

    T

    iuPTT

    2

    111

    00

    (7)

    La expresin de las funciones auxiliares )(t para los

    diferentes elementos ideales es muy convincente:

    6. Resistencia: 22

    1iR

    dt

    diiRR

    y 0R (8)

    Una resistencia no impone ningn criterio de

    continuidad.

    7. Inductancia: LL wiLdt

    diiLt

    2

    2

    12)(

    2

    y por lo tanto: LLL wQ 2 (9)

    La continuidad de la funcin Li conlleva la de Lw (y

    por consiguiente la de Lw

    ) lo que implica que L es

    tambin continua; sin embargo Lu (y por tanto Lp )

    pueden presentar discontinuidades finitas.

    8. Capacidad:

    CC wuCuuCdt

    uduCt 2)( 2

    CCC wQ 2 (10)

    (hemos aplicado que derivacin temporal y retraso

    conmutan) La continuidad de la funcin Cu conlleva

    la de Cw lo que implica que C es tambin

    continua; sin embargo Ci (y por tanto Cp ) pueden

    presentar discontinuidades finitas.

    Llegados a este punto del anlisis consideramos que

    disponemos de argumentos suficientes como para afirmar

    que la funcin auxiliar iu puede identificarse

    razonablemente con la potencia reactiva instantnea q.Como consecuencia inmediata del anlisis realizado se

    desprende la siguiente definicin de la potencia compleja

    instantnea vlida para circuitos monofsicos en rgimen

    AC permanente:

    ijuuiqjps

    *ImRe iujius *ius (11)

    Esta expresin que generaliza lindamente la ecuacin*

    IUS es tambin algo sorprendente por su falta desimetra, pero tngase en cuenta que la aparentemente

    ms intuitiva definicin (?)*

    ius no es en absolutocorrecta (es una constante compleja!). La ecuacin (11)

    indica que la potencia compleja instantnea s es un

    autntico fasor cuya extremidad describe una

    circunferencia en el sentido de las agujas del reloj (la

    corriente est conjugada) en el plano qp, con centro en

    QjPqjpsS , radio S y periodo2

    T. Al

    ser la distancia del origen al centro igual al radio, la

    circunferencia pasa por el origen o pivota en el origen y

    las llamaremos CPO para abreviar. Este es el primer

    resultado bsico del trabajo. A partir de este punto

    debemos interpretarlo e ilustrarlo antes de poder

    generalizarlo al rgimen transitorio. Para fijar las ideas

    vamos a concentrarnos en el anlisis de circuitossencillos. En la Figura 1 puede apreciarse claramente

    cmo esta construccin generaliza y enriquece el

    tringulo de potencias clsico.

    3. Diagrama fasorial de la potencia:propiedades y ejemplos.

    La primera propiedad que queremos destacar es la

    superposicin: puede fcilmente demostrarse a partir de(11) que dados dos subcircuitos 1 y 2 conectados en serie

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    o en paralelo, la potencia instantnea total se calcula

    como 21 sssT .

    Figura 1: Tringulo de potencias, fasor potencia y potencia

    activa instantnea

    Tabla 1: Puntos singulares del diagrama fasorial RL

    0,0o QPC ,

    0,2P 0,P

    Q2,0 Q,0

    2

    2

    2

    2 2,

    2

    S

    QP

    S

    PQ

    2

    2

    2

    2 4,

    4

    S

    QP

    S

    PQ

    2

    2

    2

    2 2,

    2

    S

    QP

    S

    PQ

    2

    2

    2

    2 2,

    2

    S

    QP

    S

    PQ

    Esta situacin queda ilustrada por la Figura 2 en la que se

    han representado las circunferencias dextrgiras y

    sncronas descritas por las potencias Rs consumida por

    R, Ls consumida por L y la total LRRL sss para un

    circuito RL serie simple.

    En cada instante la proyeccin sobre el eje p nos indica la

    potencia instantnea absorbida por cada elemento.

    Adems, la superficie coloreada corresponde al intervalo

    durante el cual el circuito devuelve potencia a la fuente.

    En este ejemplo hemos puesto 0RLs en 0t

    Para obtener el mximo partido de la representacin

    conviene familiarizarse con la estructura geomtrica del

    diagrama. En la Tabla 1 hemos indicado las coordenadas

    de los puntos singulares, es decir de los puntos de

    interseccin de las circunferencias y en la Figura 3 los

    hemos representado (se trata del mismo caso sencillo de

    un circuito RL). Hay que advertir sin demora que

    interseccin no quiere necesariamente decir coincidencia

    o encuentro simultneo; las condiciones de coincidencia

    las vamos a estudiar ms adelante. Dos puntos opuestos

    por un dimetro en cualquiera de los CPO estn

    separados en el tiempo por

    4

    Tsegundos.

    Figura 2: Fasores de potencia y potencias instantneas en uncircuito RL serie en el rgimen permanente AC.

    Sobre la Figura 3 puede apreciarse cmo las rectas y

    C son perpendiculares, como lo son las rectas C y

    (esta ltima es tangente al CPO RLs en el punto o )

    La construccin geomtrica pone de manifiesto las

    ligaduras con toda claridad. Si inicialmente el circuito

    fuese resistivo puro, la RRL ss describe una

    circunferencia tumbada, con su centro sobre el eje p. Al ir

    incrementando el valor de L suceden varias cosas

    simultneamente. El circulo vara su radio pero sobre

    todo pivota en torno al origen de modo que al abandonar

    su centro el eje horizontal la circunferencia va a penetrar

    en la zona 0p y va a ganar un Q (q promedio) no nulo.

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    Y estos efectos se hacen ms importantes cuanto mayor

    es L. De hecho el intervalo de tiempo durante el cual se

    cede potencia a la fuente es el que tarda en recorrer el

    arco Co de valor 2 :

    2

    2

    2

    T.

    Todava queda por examinar en qu condiciones la

    superposicin (suma) de dos CPO da origen a otra CPO:

    vamos a comprobar que en realidad hay restricciones de

    fase bien definidas.

    Figura 3: Puntos singulares y relaciones geomtricas del

    diagrama fasorial RL

    Sean los CPO kk tj

    k

    j

    kk eCeCts 2)( con 2,1k ,

    donde los C son los centros de las circunferencias, C

    son sus radios y los fijan un origen de fases. Para que

    la suma 21 ss sea un CPO el radio debe ser igual a ladistancia del centro al origen. Esto solo ocurrir si

    21212121 coscos (12)

    Veamos unos ejemplos. Ejemplo 1: Conexin de bobina

    21

    y condensador

    22

    . Adems si quiero que

    en 0t Ls est en el origen pondr2

    1

    y de (12)

    obtengo2

    2

    como una nica solucin y

    tjCLLC eQQjts 21)( , esto es la compensacin

    de energa reactiva. Ejemplo 2: conexin de resistencia

    01 , 1 con inductancia2

    2

    . En este caso

    dos son los valores de 2 que satisfacen (12):2

    2

    y

    22

    . Vamos a ver que corresponden a las

    conexiones serie y paralelo respectivamente.

    Circuito RL serie

    En un circuito serie los elementos ven la misma corriente

    y diferentes tensiones por lo que los *ies kk tienen la

    misma fase y por lo tanto estn alineados sobre rectas que

    pasan por el origen. Esta situacin queda ilustrada por la

    Figura 4 y puede comprobarse mediante los datos

    recogidos en la Tabla 2, la cual indica las posiciones de

    los fasores sR, sL y sRL para instantes de tiempo

    seleccionados.

    Tabla 2: Posiciones instantneas de los fasores sR, sL y sRL en un

    circuito RL serie.

    tR

    sL

    sRL

    s Descripcin

    0 00 eqp

    00 pi

    i retrasa respecto e

    4

    T C' ' ' e min/max 0e

    2

    4

    T

    i min/max 0i

    es

    decir 0q

    Mediante la notacin yx' nos referimos al punto opuesto

    a x en la circunferencia con centro en y ; as, por

    ejemplo C'' .

    Tabla 3: Posiciones instantneas de los fasores sR, sL y sRL enun circuito RL paralelo

    t Rs Ls RLs Descripcin

    0 00 eqp

    ' 00 pi

    i retrasa respecto e

    4

    T C' e min/max 0e

    2 ver

    CG

    ver

    CG

    4

    T

    ' i min/max 0i

    es

    decir 0q

    Circuito RL paralelo

    En un circuito RL paralelo equivalente a un circuito RL

    serie tendremos exactamente la misma construccin

    geomtrica (circunferencias, intersecciones), pero los

    CPOs sL y sR son recorridos de modo distinto (distintas

    relaciones de fase y distintas coincidencias). Esta es la

    caracterstica que vamos a explorar ahora y cuyos

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    resultados se ilustran en la Figura 4 y se recogen en las

    Tablas 2 y 3.

    R

    eeies

    RR

    ** y

    RLLs

    L

    Rjies

    * son claramente

    perpendiculares. Definiendo ahora PssR

    aux

    R2 y

    PssRL

    aux

    RL2 vamos a ver que aux

    RLs ,

    aux

    Rs y

    Ls son

    paralelos entre si. Como Laux

    R

    aux

    RL sss bastarcomprobar que

    aux

    Rs y Ls son paralelos. Retomando

    ahora la ecuacin (2) ponemos 0// Laux

    RL

    aux

    Rssss

    02Im * LR

    sPs . El lector puede fcilmente

    comprobar que esta igualdad se verifica. Estas relaciones

    tienen una interpretacin grfica muy sencilla: los

    extremos de los fasoresRL

    s yR

    s se encuentran sobre

    una recta que pasa por el punto al tiempo que el fasor

    Ls es paralelo a esta recta (vale decir tambin que el

    segmentoLRL

    ss es perpendicular a dicha recta). Estas

    relaciones se muestran en la Figura 4.

    Figura 4: Construccin Grfica de potencias instantneas paracircuitos RL serie y paralelo

    Por no aumentar la complejidad del esquema no todos los

    puntos recogidos en la Tabla 3 aparecen en la Figura 3.

    Sin embargo todos pueden obtenerse fcilmente mediante

    la mencionada construccin grfica (CG). Adems de las

    indicadas existen otras relaciones importantes que el

    lector interesado puede fcilmente encontrar; sealemospor ejemplo que ' (resp. ' ) corresponde tambin a la

    interseccin del CPO sL (resp. sR) con la recta tangente al

    CPO sRL por (resp. ).

    4. Vectores espirales AC

    Un vector espiral [7] es un nombre evocador para

    designar a un fasor con exponente complejo el cual

    permite tratar el clculo del rgimen transitorio de

    circuitos AC exactamente del mismo modo que el clculo

    del rgimen permanente. Aunque esta teora es

    completamente general, aqu vamos a presentar

    solamente el clculo para sistemas de 1 y 2 orden. La

    idea encerrada por este mtodo queda bellamente captada

    por el pasaje del mito de la caverna platnico citado al

    principio: las cosas en este mundo (la realidad) parecen

    complicadas porque son sombras, es decir, proyecciones

    de objetos de otro mundo, ms simples.

    Queremos integrar la siguiente ecuacin diferencial real

    de segundo orden:

    tFxxx oo cos222

    (13)

    con condiciones iniciales ox y ox , donde 0 .Podemos complexificar el problema definiendo: (1) la

    variable compleja yjxz , tal que zx Re , dondey es una variable real de la que no vamos a ocuparnos y

    (2) la constante compleja21 oo j .

    Entonces puede fcilmente demostrarse que (13)

    corresponde a la proyeccin real de la ecuacin

    diferencial lineal (compleja) de primer orden:

    tjeFzz 2 (14)

    donde FF y cuya solucin general viene dada porla superposicin de la solucin de la ecuacin homognea

    y de una solucin particular de la ecuacin completa:

    tjt eBeAz conoo j

    FB

    2

    222

    (15)

    en la que A es una constante compleja a determinar a

    partir de las condiciones iniciales, es decir:

    BAxo Re y BjAxo Re , donde tenemosen cuenta que los operadores proyeccin real y derivada

    respecto del tiempo conmutan. La ecuacin (15) admite

    una representacin grfica muy clara: el primer trminoes un fasor amortiguado, aperidico, que gira a la

    velocidad angular21 od cayendo en espiral

    hacia el origen. El segundo trmino es un fasor de

    mdulo constante que gira con velocidad angular . En

    caso de sobreamortiguamiento ( 1 ) d devieneimaginario puro y el vector espiral no girara.

    Para resolver la ecuacin de primer orden:

    tGxx cos21

    (16)

    podemos servirnos de las expresiones anteriores

    poniendo 1 ,

    1o y GjF

    1 . Adems,

    al ser en este caso real, la parte imaginaria de A que ha

    quedado indeterminada, no influye en absoluto sobre z.

    5. Propuesta de generalizacin para elrgimen transitorio. Ejemplos.

    En esta seccin vamos a proponer y examinar

    sumariamente una nueva definicin de )(tq (y por lo

    tanto de )(ts ) vlida para el rgimen transitorio AC. Por

  • 8/8/2019 analisis fasorial

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    un lado est claro que mientras el rgimen permanente

    peridico no se instale la definicin que manejbamos

    previamente: )4

    ()()(T

    titutq no tiene sentido. Por

    otro lado es evidente que la nueva definicin debe

    reducirse a la primera en el rgimen peridico, el cual

    todos los circuitos estables, amortiguados, acaban por

    alcanzar tarde o temprano. Lo que nosotros proponemos

    es escribir todava*

    iuqjps peroreinterpretando ahora las cantidades complejas como

    vectores espirales en el sentido de Yamamura. La parte

    real de dicha ecuacin coincide naturalmente con el valor

    del PAI, mientras que la parte imaginaria define el PRI.

    Adems, en el rgimen peridico, permanente

    recuperamos la definicin original.

    Tomemos el ejemplo del circuito RL serie para el que

    podemos escribir el vector espiral:

    LjR

    eEeAi

    tjt

    2

    conR

    L (17)

    Adems disponemos de la condicin inicial

    Z

    EAio

    2Re donde LjRZ , que

    impone la continuidad de la corriente o dicho de forma

    equivalente, la continuidad de )(tp . Queda claro

    entonces que para sistemas de primer orden todava

    disponemos de un grado de libertad (A2) para poder

    garantizar la continuidad de )(tq . Si por ejemplo el

    sistema parte del reposo en 0t podemos poner:

    Z

    EA

    2

    t

    tj eeZ

    Ei

    2(18)

    Por lo que acabamos de sealar debe quedar clarotambin que para sistemas de 2 orden no vamos a poder

    garantizar en general la continuidad de )(tq . Este es un

    aspecto que debe ser tratado con el mayor detalle y que

    se presentar en otra publicacin. En la Figura 5

    mostramos los vectores espirales de potencia transitorios

    de la conexin del mismo circuito RL serie que se ha

    estudiado en el rgimen permanente. Cabe destacar que

    en 0t el sistema se encontraba desenergizado, por loque no puede cruzar el eje q inmediatamente. Para

    cualquier combinacin de valores de los parmetros se

    verifica que la rbita parte del origen del plano qp, esdecir hay continuidad de p y q.

    6. Conclusiones

    Se ha escrito y justificado una expresin para la potencia

    reactiva instantnea en el rgimen AC permanente. Se ha

    introducido la representacin fasorial de la potencia. Se

    ha analizado la estructura de los diagramas de circuitos

    de primer orden. Hemos recordado lo que son los

    vectores espirales de Yamamura y por fin en base al

    anlisis anterior hemos propuesto una expresin para la

    potencia instantnea transitoria que resulta ser

    extremadamente satisfactoria para circuitos de primer

    orden. Su extensin a circuitos de orden superior debe ser

    analizada con ms profundidad. Hemos introducido

    herramientas grficas y analticas nuevas que creemos

    pueden resultar tiles para el anlisis de circuitos en la

    academia. Invitamos a todos los investigadores e

    investigadoras a aplicarlas y a compartir sus experiencias.

    Figura 5: Ejemplo de vectores espirales de potencia en el

    rgimen transitorio AC de un circuito RL serie.

    Referencias

    [1] Charles Proteus Steinmetz, Lectures on Electrical

    Engineering, Vol. I-III (Dover Phoenix Editions), Dover

    Publications (2003)

    [2] H. Akagi et al., Instantaneous reactive power

    compensators comprising switching devices without

    energy storage components, IEEE Trans. Ind. Appl., 20,625-630 (1984)

    [3] J.L. Willems, A new interpretation of the Akagi-

    Nabae power components of nonsinusoidal three-phasesituations, IEEE Trans. Instrum. Meas., 41, 523-527

    (1992)

    [4] Fang Zheng Peng et al, Generalized instantaneous

    reactive power theory for three phase power systems,

    IEEE Trans. Instrum. Meas., 45, 293-297 (1996)

    [5] David Hestenes, New Foundations for Classical

    Mechanics, Reidel Publishing Co, (1986)

    [6] Jesus Fraile Mora, Electromagnetismo y circuitos

    elctricos (3 ed.), Universidad Politcnica de Madrid(1995)

    [7] Sakae Yamamura, Spiral Vector Theory of AC

    Circuits and Machines (Monographs in Electrical andElectronic Engineering, No 26), Clarendon Pr (1992)