UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
M
EC
A N I C A E L E
C R
I
.
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I
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U P
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A N
A
O
CURSO
:
LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS I LABORATORIO
INFLUENCIA DE LA FORMA DE CONEXIÓN DEL VATÍMETRO NEXIÓN DEL VATÍMETRO I. RESUMEN: En el presente informe del ensayo de influencia de la forma de conexión del vatímetro, que tiene por finalidad de presentar el análisis en forma experimental la influencia de la forma de conexión en la indicación de un vatímetro aumentando el valor de la resistencia de la bobina amperimétrica se estudia el efecto de la forma de conexión de la bobina voltimétrica en la potencia medida por el instrumento, el cual se logra al conectar el circuito que se mostrará en el desarrollo del informe; exactamente el circuito se mostrara en el acápite de procedimiento y desarrollo, dicho circuito es alimentado con 220 V. y dicha tensión es controlada mediante un autotransformador a una frecuencia de 60 Hz. Con este ensayo se pudo desenvolver las conexiones de un vatímetro tanto en el punto (M) como en el borne (N).
II. OBJETIVO:
Analizar en forma experimental la influencia de la forma de conexión en la indicación de un vatímetro aumentando el valor de la resistencia de la bobina amperimétrica se estudia el efecto de la forma de conexión de la bobina voltimétrica en la potencia medida por el instrumento.
III. TEORIA: Es un instrumento para le medida de la energía eléctrica, o índice de la energía eléctrica a cualquier circuito. El término se aplica generalmente para describir una forma particular de electro-dinamómetro, consistiendo en una bobina fija del alambre y de un abrazo o de una bobina vecina del alambre suspendida para ser movible. En la construcción general el instrumento se asemeja a un electro-dinamómetro, la bobina fija se llama la bobina actual, y la bobina movible se llama la bobina potencial, y cada uno de éstos arrolla hace sus extremos traer para separar los terminales en la base del instrumento. La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro. Según los usos y el precio que tenga un vatímetro encontramos varios tipos:
Digital: Señalado mediante un cristal líquido. Analógico: A partir de la flecha. La inclinación del vatímetro depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios.
Contadores de servicio El medidor de vatios por hora, también llamado contador de servicio, es un dispositivo que mide la energía total consumida en un circuito eléctrico doméstico. Es parecido al vatímetro, pero se diferencia de éste en que la bobina móvil se reemplaza por un rotor. El rotor, controlado por un regulador magnético, gira a una velocidad proporcional a la cantidad de potencia consumida. El eje del rotor está conectado con engranajes a un conjunto de indicadores que registran el consumo total.
Sensibilidad de los instrumentos La sensibilidad de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala. El grado de sensibilidad se expresa de dos maneras, según se tra te de un amperímetro o de un voltímetro. En el primer caso, la sensibilidad del instrumento se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que deben fluir por la bobina para producir una desviación completa. Así, un instrumento que tiene una sensibilidad de 1 miliamperio, requiere un miliamperio para producir dicha desviación, etcétera. En el caso de un voltímetro, la sensibilidad se expresa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. Para que un voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resistencia. El número de ohmios por voltio de un voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje máximo que puede medirse. Por ejemplo, un instrumento con una resistencia interna de 300000 ohmios y una escala para un máximo de 300 voltios, tendrá una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio. Para trabajo general, los voltímetros deben tener cuando menos 1000 ohmios por voltio.
IV. EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS:
01 Autotransformador 0 – 260 V. 01 Vatímetro 0 – 120 W. 01 Amperímetro 0 – 10 A. (CA) 01 Multímetro Sanwa. 02 Resistencias variables X(Ω ).. 01 Interruptor unipolar. Conductores y conectores de conexión. Conductores de aislante
V. PROCEDIMIENTO. Primeramente, Se conecta el circuito como se muestra en la figura
1.
siguiente.
R A R1 A M
R V S
220 V
V
60 Hz
R
CIRCUITO UTILIZADO EN LA EXPERIENCIA.
Luego utilizando la resistencia (R) de carga, se conecta en su valor máximo al circuito de la red de alimentación. 2.
3. Seguidamente , con el interruptor (S) cerrado y el borne (T) en (M) y regulando la salida del Autotransformador hasta obtener en el voltímetro (V), una tensión de 75 V, luego regulamos la resistencia de carga (R), hasta obtener en el amperímetro (A), una corriente de 1 A. Los valores anotados de este procedimiento, se muestra en la tabla Nº 01. 4. De igual forma, con el interruptor (S) abierto, y el borne (T) en (N) y (M) alternativamente. Los valores obtenidos se muestran en la tabla Nº 02 para valores diferentes de R1, donde la intensidad es de 1 A. 5. Donde también se efectuó las medidas de las resistencias de Rv y Ra de la bobina voltimétrica y amperimétrica del vatímetro, respectivamente como se muestran en las tablas.
VI. DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO. PRIMERA EXPERIENCIA
PRUEBA Nº 1 2 3 4 5 6 7
V (V)
Im (A) 110 100 90 80 70 60 50
In (A) 1,75 1,6 1,45 1,26 1,1 0,95 0,8
1,75
Wm (W) 192,5 162,5 135 102,5 80 57,5 42,5
Wn (W) 1 1 1
SEGUNDA EXPERIENCIA PRUEBA Nº 1 2 3
V (V)
I (A) 239 218 170
W (W) 0,86 0,78 0,6
2 1
VII. DESARROLLO DEL CUESTIONARIO 1. REALIZADA
FUNDAMENTE
TEORICAMENTE
LA
EXPERIENCIA
VATIMETRO
Es un instrumento para le medida de la energía eléctrica, o índice de la energía eléctrica a cualquier circuito. El término se aplica generalmente para describir una forma particular de electrodinamómetro, consistiendo en una bobina fija del alambre y de un abrazo o de una bobina vecina del alambre suspendida para ser movible. En la construcción general el instrumento se asemeja a un electrodinamómetro, la bobina fija se llama la bobina actual, y la bobina movible se llama la bobina potencial, y cada uno de éstos arrolla hace sus extremos traer para separar los terminales en la base del instrumento.
producción de las corrientes de Foucault en la masa del conductor. Los Vatímetros de esta clase fueron ideados por J. A. Fleming, Kelvin y W. Duddell y Mather. W. E. Sumpner, sin embargo, se han ideado formas de vatímetros del dinamómetro, y ha definido las condiciones bajo las cuales estos instrumentos están disponibles para las medidas exactas. Hay métodos de medir corriente eléctrica por medio de los voltímetros electrostáticos, o de electrómetros del cuadrante adaptados para el propósito, que cuando está empleado también se puede usar los vatímetros electrostáticos. Si los cuadrantes de un electrómetro están conectadas con los extremos de un circuito no inductor en serie con el circuito que absorbe energía, y si la aguja está conectada con el extremo de este último circuito opuesto a el en las cuales la resistencia inducción esté conectada, después la desviación del electrómetro será proporcional a la energía tomada en el circuito, puesto que es proporcional al valor medio (AB) de IC3/4 (A+B)~, donde están los potenciales A y B de los cuadrantes y C es la de la aguja. Esta expresión, sin embargo, mide la energía tomada en el circuito que absorbe energía. En el caso del método del voltímetro de medir energía ideado por W. E. Ayrton y W. E. Stimpner en 1891, fue un voltímetro electrostático
empleado para medir la caída del potencial VI de cualquier circuito inductivo en el cual se desee. La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro, un instrumento parecido al electrodinamómetro. El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente. A-A´: bobina de intensidad o amperimétrica. M-N : bobina de tensión o voltimétrica.
Un circuito electro-dinámico simplificado del Vatimetro.
La bobina actual (bobina inmóvil) del vatímetro está conectada en serie con el circuito (carga), y la bobina potencial (bobina movible) está conectada a través de la línea. Cuando la corriente de la línea atraviesa la bobina actual del vatímetro, un campo se instala alrededor de la bobina. La fuerza de este campo es proporcional a la línea actual y en fase con ella. La bobina potencial tiene generalmente un resistor muy grande conectado en serie con ella. Esto es con el fin de fabricar al circuito tan puramente resistente como sea posible. Consecuentemente, actual en el circuito potencial es prácticamente en fase con voltaje de línea. Por lo tanto, cuando el voltaje se aplica al circuito potencial, la corriente es proporcional a la fase con el voltaje de línea.
2. ANALIZAR TEORICAMENTE LA INFLUENCIA DE LA FORMA DE CONEXIÓN DE UN VATIMETRO EN SU LECTURA. Como se puede apreciar en el cuadro siguiente que son los resultados teóricos; de la experiencia realizada en el laboratorio, observamos que cuando el vatímetro está en el punto (N) se observa una potencia menor y se incrementa el consumo de potencia en el borne (M), con lo cual se puede apreciar que en ambos casos se introduce un error de medición. CALCULO TEORICO: Como: WM = V*IM = V*I N V (V)
Im (A) 110 100 90 80 70 60 50
3. A)
1,75 1,6 1,45 1,26 1,1 0,95 0,8
Wo (W) 192,5 160 130,5 100,8 77 57 40
Wm (W) 192,5 162,5 135 102,5 80 57,5 42,5
GRAFICAR LAS CURVAS: ((W N - WO)/WO) Vs. (R1)
Wn (W) 16 13 11 8 6 3
PRUEBA Nº 1 2 3 4 5 6 7 8
(W N - WO)/
Wo
Wm
R1
Wn
(W) 192,5 160 130,5 100,8 77 57 40 25,6
(W) 192,5 162,5 135 102,5 80 57,5 42,5 25
( Ω)
(W) 162,5 137,5 112,5 87,5 67,5 50 32,5 22,5
9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8
0 -0,02 0 -0,04 -0,06 -0,08 -0,1 -0,12 -0,14 -0,16
B)
((WM - WO)/WO) Vs. (R1)
5
10
15
(adimencion -0,15584 -0,14 -0,137931 -0,13194 -0,12337 -0,12280 -0, -0,1210
PRUEBA Nº 1 2 3 4 5 6 7 8
(Wm - WO)
Wo
Wm
R1
Wn
(W) 192,5 160 130,5 100,8 77 57 40 25,6
(W) 192,5 162,5 135 102,5 80 57,5 42,5 25
( Ω)
(W) 162,5 137,5 112,5 87,5 67,5 50 32,5 22,5
9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8
(adimencio 0,01 0,03448 0,01686 0,03896 0,0087 0, -0,023
0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 -0,01 0
4. TEORICO.
5
10
15
COMPARAR LOS RESULTADOS CON LOS DEL ANALISIS PRACTICO Wm PRUEBA Nº (W) 1 192,5 2 162,5 3 135 4 102,5 5 80 6 57,5 7 42,5
Wn (W) 162,5 137,5 112,5 87,5 67,5 50 32,5
TEORICO Wo (W) 19 1 13 10
En los resultados de los cuadros apreciamos las diferencias debido al consumo de la bobina amperimétrica del vatímetro y el consumo de la bobina voltímetrica, que se podrá apreciar más adelante.
¿EN QUÉ CASOS ES CONVENIENTE UNA U OTRA FORMA DE CONEXIÓN? 5.
En ambos casos se introduce un error de medición a partir de que se está leyendo, además de la potencia disipada en la resistencia R1 (o impedancia, si fuera el caso), la que se disipa en alguno de los bobinados del instrumento, en modo similar a la “conexión corta” y la “conexión larga”.
6. HALLAR LA EXPRESION PARA EL ERROR DEL VATIMETRO EN EL CASO DE TENER UNA CARGA REACTIVA, CONCIDERANDO LA INFLUENCIA SIMULTANEA DE LOS ERRORES DE CONEXIÓN Y DE FASE.
7. DAR LA DIVERGENCIA DE LOS VALORES TEORICOS EXPERIMENTALES DANDO EL ERROR ABSOLUTO Y RELATIVO PORCENTUAL. ERROR ENTRE WM Y WO PRACTICO TEORICO Wm Wo ERROR ERRO PRUEBA Nº (W) (W) ABSOLUTO RELATI 1 192,5 192,5 0 0,0 2 162,5 160 2,5 1,5 3 135 130,5 4,5 3,4 4 102,5 100,8 1,7 1,6 5 80 77 3 3,9 6 57,5 57 0,5 0,8 7 42,5 40 2,5 6,2
ERROR ENTRE W N Y WO
PRUEBA Nº 1 2 3 4 5 6 7
Wn (W) 162,5 137,5 112,5 87,5 67,5 50 32,5
TEORICO Wo ERROR ERRO (W) ABSOLUTO RELATI 192,5 30 15,5 160 22,5 14,0 130,5 18 13,7 100,8 13,3 13,1 77 9,5 12,3 57 7 12,2 40 7,5 18,7
En ambos casos no existe demasiado error, es decir no existe mucha diferencia entre valores teóricos y prácticos, y en caso de Wn este error se debe a la resistencia 1 que limitara la corriente que pase por el.
8. PARA LA PARTE B) DEL EXPERIMENTO REALIZADO, TABULAR LAS LECTURAS REALIZADAS EN CADA UNO DE LOS INSTRUMENTOS Y CALCULAR LAS CONSTANTES DE CADA UNO DE ELLOS. PRUEBA Nº 1 2 3
V (V)
I (A) 239 218 170
W (W) 0,86 0,78 0,6
2 1
PARA EL VOLTIMETRO
K V =
MEDIDA ESCALA
Escala: 300 PRUEBA Nº 1 2 3
V (V) 239 218 170
Kv (V/Div.) 0,796666 0,726666 0,566666
PARA EL AMPERIMETRI
K A =
I AMAX
+ I S
ESCALA
Escala: 5 PRUEBA Nº 1 2 3
V (V)
I (A) 239 218 170
0,86 0,78 0,6
Ka (A/DIV) 0,1 0,1 0,
PARA EL VATIMETRO
K W =
A l c a n _ c de e _ t e n s io* A n l c a n _ d de e _ c o r r ie n* f te. p. E S C A L A
Escala: 240*5 PRUEBA Nº 1 2 3
V (V)
I (A) 239 218 170
W (W) 0,86 0,78 0,6
22,5 17,5 10
Kw (VA/div 0,17128 0,1 0,
9. CALCULAR LA POTENCIA ACTIVA, APARENTE Y EL FACTOR DE POTENCIA.
COMO:
(POTENCIA APARENTE) F.P. = P/S (W/VA) (FACTOR DE POTENCIA) S
V I
=
V (V)
PRUEBA Nº 1 2 3
I (A) 239 218 170
W (W) 0,86 0,78 0,6
22,5 17,5 10
S (VA) 205,54 170,04 102
F.P. (%) 10, 10, 9,
De ahí podemos concluir que se tiene una carga capacitaba ya que el ángulo de desfase esta adelantado.
¿CÚAL SERIA LA CONSTANTE DEL VOLTIMETRO SI SE HUBIERA REALIZADO UNA MEDIDA DE ALTA TENSION UTILIZANDO UN TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD Y UN TRANSFORMADOR DE TENSION?. LAS RELACIONES DE LOS TRANSFORMADORES UTILIZADOS SON LOS SIGUIENTES: 10.
Transformador de tension 500/100V Transformador de intensidad toroidal 200/5 A La constante del vatimetro se ve afectada por la presencia de ambos transformadores, teniendo una constante nueva. K`W = K W*K TI*K TT K TT =
MEDIDA ESCALA
Escala: 300 K T1 =
I AMAX
+ I S
ESCALA
Escala: 5 A l c a n _ c de e _ t e n s io* A n l c a n _ d de e _ c o r r ie n* f te. p. K W = E S C A L A Escala: 240*5 K`W =
V 2 * I 2 esc _ volt . * esc _ a m p. * esc _ vat .
PRUEBA Nº 1 2 3
11.
V (V)
I (A) 239 218 170
W (W) 0,86 0,78 0,6
22,5 17,5 10
K`w (VA) 0,02347 0,01606 0,00
CONCLUCIONES Y RECOEMENDACIONES CONCLUCIONES:
-
-
Se analizó en forma experimental la influencia de la forma de conexión en la indicación de un vatímetro aumentando el valor de la resistencia de la bobina amperimétrica se estudia el efecto de la forma de conexión de la bobina voltimétrica en la potencia medida por el instrumento. Se determino la influencia de conexión en el vatímetro satisfactoriamente con los datos obtenidos en el ensayo de laboratorio. Realizamos satisfactoriamente el ensayo obteniéndose los resultados esperados. RECOMENDACIONES:
-
Se recomienda tomar mas pruebas Se recomienda realizar una prueba con inductancia en serie a la carga.
