Circuitos Trifásicos y Potencia Trifásica
NOMBRES
Seccion Profesor
Bladymir Alonso Aquino Arresueño Luis Enrique Carbajal Huisa Dennis Mulder Juli Ramos Cristian Eduardo Paniura Chancahuana “D” Fecha Carlos oblea silva
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18/04/18
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Circuitos Trifásicos y Potencia Trifásica
I.
OBJETIVOS
II.
MATERIALES
III.
Observar el comportamiento de los circuitos trifásicos en conexión estrella y triángulo. Medir y diferenciar las tensiones y corrientes de la red trifásica en estrella y triángulo. Realizar el cálculo de la potencia trifásica en conexión estrella y triángulo.
Fuente de tensión alterna trifásica con neutro (LucasNulle). Módulo de conexiones LucasNulle. Multímetros. Bobinas y resistencias.
SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO
Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje que manipula.
Antes de utilizar el multímetro, asegurarse que está en el rango y magnitud eléctrica adecuada.
Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados.
IV.
FUNDAMENTO TEÓRICO
La red de corriente alterna trifásica puede ser cargada en conexiones estrella ( Y ) o triángulo ( ). Las cargas trifásicas pueden ser simétricas o asimétricas. Una carga simétrica es cuando las cargas son del mismo tipo y también del mismo valor.
Carga simétrica conectada en estrella ( Y ) En la carga simétrica conexión estrella, no circula corriente por el conductor neutro. En una conexión estrella con carga simétrica se cumple: L1 L2 L3 N
U línea, f en Hz
U
I3 = IW
I1 = IU
I2 = IV
R
U linea I linea
3 U fas e
L N
I fas e
L W
R
L R
V
IN
Circuitos Trifásicos y Potencia Trifásica Carga simétrica conectada en triángulo (
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)
En la conexión triángulo, el final de una carga individual está conectado en el inicio de la otra carga individual. En una conexión triángulo con carga simétrica se cumple: L1 L2 L3 N
V línea, f en Hz
I3
I1
I2
U
I linea U linea
L
R
3 I fas e
IWU
U fas e
L
IUV
R
IVW
W
R
V
L
Potencia trifásica y factor de potencia. La potencia total de un circuito trifásico simétrico equilibrado (con las mismas tensiones y las mismas impedancias), ya sea en conexión estrella o triángulo se puede calcular con las siguientes fórmulas:
P 3 = 3 * U
* I linea * cos
( watt )
Q 3 = 3 * U linea * I linea * sen
( VAR )
linea
S 3 = 3 * U linea * I linea
( VA )
Donde: P 3 = potencia real o activa. Produce trabajo, se mide W, watts. Q 3 = potencia reactiva. Se mide en VAR, volt amperes reactivos. S 3 = potencia aparente. Se mide en VA, volt amperes. También se cumple que la potencia trifásica en triángulo es tres veces la potencia trifásica en estrella:
P = 3 * PY
Podemos escribir la ecuación del Factor de Potencia ( Fp) como:
Fp
cos
P
U línea I línea
Las redes capacitivas tendrán F P adelantado y las inductivas tendrán F P atrasado. En el caso de circuitos trifá sicos simétricos (con las mismas tensiones y las mismas impedancias) el factor de potencia será el mismo en las tres fases.
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Circuitos Trifásicos y Potencia Trifásica V.
PROCEDIMIENTO 12 V, 50 Hz
L1 L2 L3 N
1. Circuito RL trifásico estrella Realizar el circuito según el esquema eléctrico:
U
I3 = IW
Tensión trifásica 12 V, 50 Hz. Bobina 2.5h Resistencia 1k
I1 = IU
I2 = IV
IN
R L N
Medir la resistencia de las bobinas con ohmímetro:
L
RL (óhmica) = 63.7 W
L R
R
V
Complete la siguiente tabla con mediciones: Corriente de línea
Tensión de línea
Tensión de fase
Corriente de fase
Voltaje de la resistencia
Voltaje de la bobina
UUV = 380
I1 =147ma
UUN =
218
IUN = 146 ma
UR1 =157.3
UL1 =134
UVW =
I2 = 151 ma
UVN =
220
IVN = 150 ma
UR2 =161.7
UL2 =131
I3 = 145 ma
UWN =
221
IWN = 147 ma
UR3 = 156.2
UL3 =136.4
380
UWU = 380
Corriente de neutro
Tensión de línea
IN =0.16 ma
Corriente de línea
Tensión de fase
Corriente de fase
Voltaje de la resistencia
Voltaje de la bobina
UUV = 380
I1 =147ma
UU =
380
IUN = 147 ma
UR1 =160
UL1 =136.1
UVW =
I2 = 151 ma
UV =
380
IVN = 151 ma
UR2 =159.8
UL2 =130.5
I3 = 145 ma
UW =
380
IWN = 145 ma
UR3 = 156.9
UL3 =136.5
380
UWU = 380
Calcular VLínea / VFsae para cada una de las fases:
____________
____________
____________
=
=
=
380 221
380 218
380 220
1.71
1.74
1.72
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¿Se cumple la relación teórica entre V F y VL? Explique:
SI se cumple, esto se debe a que los valores hallados en el laboratorio están correctos y se cumple que el voltaje de línea es igual al voltaje de fase multiplicado por la raíz de 3.
Utilice los valores medidos para completar la siguiente tabla: cos ΦUN
cos ΦVN
0.78
0.76
Registre sus cálculos aquí:
cos cos(218) 0.78 cos cos(220) 0.76 cos cos(221) 0.75
cos ΦWN 0.75
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Calcular la potencia activa, reactiva y aparente para cada fase, incluir las unidades: P1Φ
promedio
76639.8()
Q1Φ promedio
S1Φpromedio
59500.1() 56113.3()
Registre sus cálculos aquí:
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 147 ∗ (37.95) = 76293.8()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 151 ∗ (37.95) = 78369.8()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 147 ∗ (37.95) = 59500.1()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 151 ∗ (37.95) = 61119.1()
=∗ = 380 ∗ 147 = 55860()
= ∗ = 380 ∗ 151 = 57380()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 145 ∗ (37.95) = 75255.8() = √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 145 ∗ (37.95) = 58690.6() =∗ = 380 ∗ 145 = 55100()
1 + 2 + 3 = 3 76293.8 + 78369.8 + 75255.8 = 3 = 76639.8() 1 + 2 + 3 = 3 58690.6 + 61119.1 + 58690.6 = 3 = 59500.1() 1 + 2 + 3 = 3 55100 + 55860 + 57380 = 3 = 56113.3()
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= ∗ 76639.8() = 380 ∗ 147 = 1.371 = ∗ 76639.8() = 380 ∗ 151 = 1.335 = ∗ 76639.8() = 380 ∗ 145 = 1.390 ¿Son iguales las tres potencias activas? Explique. NO, Porque al momento de tomar medidas en laboratorio, los amperímetros tienes un error porcentual, que afecta a los datos, pero no tanto
¿Son iguales los tres factores de potencia? Explique Si, ya que es un trifásico esto se debe a sus tensiones por lo que son iguales
Calcule la potencia activa total, la potencia reactiva total y la potencia aparente total del circuito: P3Φ Total
229919.4()
Q3Φ Total
S3ΦTotal
178500.3() 168340()
Registre sus cálculos aquí:
= 1 + 2 + 3 = 76293.8 + 78369.8 + 75255.8 = 228223.6() = 1 + 2 + 3 = 58690.6 + 61119.1 + 58690.6 = 178500.3() = 1 + 2 + 3 = 55100 + 55860 + 57380 = 168340()
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2. Circuito RL trifásico Delta Realizar el circuito según el esquema eléctrico: Tensión trifásica 12 V, 50 Hz. Bobina 2.5h Resistencia 1k
Medir la resistencia de las bobinas con ohmímetro: RL (óhmica) = 63.7
Complete la siguiente tabla con mediciones: Corriente de línea
Corriente de fase
UUV = 380
I1 = 458 ma
IUV = 260 ma
UR1 =282.2
UL1 =221.9
UVW = 380
I2 =
IVW = 260 ma
UR2 =289.3
UL2 =214.2
UWU = 380
I3 = 459
IWU = 264 ma
UR3 =282.7
UL3 =221.8
Tensión de línea
462 ma
Voltaje de la resistencia
Voltaje de la bobina
Calcular IL/IF para cada una de las fases:
=
=
=
458 260
460 260
459
264
1.76
1.76
1.73
¿Se cumple la relación teórica entre I F e IL? Explique SI, porque la relación que existe entre la corriente de fase y línea es de raíz de tres y si se comprueba la respuesta será similar a raíz de tres.
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Calcular la potencia activa, reactiva y aparente para cada fase, incluir las unidades: P1Φ promedio
Q1Φ promedio
S1Φpromedio
238223.6()
130171.7()
174420()
Registre sus cálculos aquí:
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 462 ∗ (37.95) = 239780.6()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 463 ∗ (37.95) = 240299.6()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 458 ∗ (37.95) = 18538.3()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 460 ∗ (37.95) = 186190.9()
=∗ = 380 ∗ 458 = 174040()
= ∗ = 380 ∗ 460 = 174800()
= √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 463 ∗ (37.95) = 240299.6() = √ 3 ∗ ∗ ∗ = √ 3 ∗ 380 ∗ 459 ∗ (37.95) = 185786.1() =∗ = 380 ∗ 459 = 174420()
1 + 2 + 3 = 3 239780.6 + 240299.6 + 240299. = 3 = 238223.6() 1 + 2 + 3 = 3 18538.3 + 186190.9 + 185786.1 = 3 = 130171.7() 1 + 2 + 3 = 3 174040 + 174800 + 174420 = 3 = 174420()
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¿Son iguales las tres potencias activas? Explique. No, pero esto se debe a que no utilizamos los decimales adecuados para hallar la potencia, también porque al momento de medir pierden unidades en los amperímetros ¿Son iguales los tres factores de potencia? Explique.
No. Pero tienes un mínimo error de unidades,
= ∗ 238223.6 = 380 ∗ 458 = 1.368 = ∗ 238223.6 = 380 ∗ 460 = 1.362 = ∗ 238223.6 = 380 ∗ 459 = 1.365
Calcule la potencia activa total, la potencia reactiva total y la potencia aparente total del circuito: P3Φ Total
714670.8()
Q3Φ Total
S3ΦTotal
390515.1() 523260()
Registre sus cálculos aquí:
= 1 + 2 + 3 = 237704.6 + 238742.6 + 238223.6 = 714670.8() = 1 + 2 + 3 = 18538.3 + 186190.9 + 185786.1 = 390515.1() = 1 + 2 + 3 = 174040 + 174800 + 174420 = 523260()
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¿Se cumplió la relación: P = 3 * PY? Demuestre esta relación.
ESTRELLA
= 1 + 2 + 3 = 76293.8 + 78369.8 + 75255.8 = 236122.6()
= ∗ 3 714670.8 = 236122.6 ∗ 3 714670.8 = 708367.8 = 6303
DELTA
= 1 + 2 + 3 = 237704.6 + 238742.6 + 238223.6 = 714670.8()
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OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Se ampliaron los conocimientos previamente obtenidos en la teoría acerca de las diferencias y las características existentes en un circuito delta respecto del circuito estrella. Los errores que se encontraron en la experiencia se deben a las mediciones realizadas con el multímetro, las cuales no son exactamente iguales a las calculadas teóricamente debido a las condiciones del medio y la manipulación del aparato De acuerdo a la experiencia, las configuraciones delta-estrella no son totalmente equivalentes debido a que varían con cierto porcentaje de error, pero en la teoría si se puede verificar completamente que estas configuraciones son totalmente equivalentes En el circuito estrella las corrientes (fase y línea) son iguales, pero los voltajes de fasey línea varían, ya que el voltaje se comparte en los nodos .la relación de los voltajesestán en función de de raiz de tres En una conexión en triángulo, la tensión de línea es igual a la tensión de fase, luego laintensidad de línea es dividido por raíz de tres.
