LABORATORIO DE MEDIDAS ELÉCTRICAS
INTRODUCCIÓN
El grupo tiene a presentar un informe acerca del tema titulado “medición y análisis de armónicos en sistemas eléctricos industriales “trabajado en el laboratorio de electrotecnia, del instituto tecnológico Tecsup, con ayuda del profesor Roger Oblitas. En el mencionado informe, se presentara el desarrollo de este laboratorio. Este experimento tiene
como principal objetivo detectar detecta r armónicos con
instrumentos de verdadero valor eficaz (true rms). Del mismo modo, explicaremos el procedimiento que se ha seguido y los resultados obtenidos al final de la experiencia. El presente trabajo se ha realizado con mucha dedicación, consultando diferente fuentes bibliográficas para profundizar más del tema.
LABORATORIO DE MEDIDAS ELÉCTRICAS
“MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE ARMÓNICOS EN SISTEMAS ELÉCTRICOS INDUSTRIALES”
1. OBJETIVOS
Detectar armónicos con instrumentos de verdadero valor eficaz (TRUE RMS).
Medir los niveles de armónicos en un circuito con carga no lineal, utilizando un analizador de redes.
Utilizar las series de Fourier en el análisis de los sistemas eléctricos, determinando la distorsión total armónica (THD).
Proponer soluciones a la presencia de armónicos en un circuito.
2. MARCO TEORICO Marco teórico: Los armónicos son distorsiones de las ondas sinusoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de cargas con impedancia no lineal, a materiales ferromagnéticos, y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal.
fig. 1
fig. 2
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Trayectoria De Los Armónicos Toda corriente eléctrica fluye por donde se le presenta menor resistencia a su paso. Por esta razón las corrientes armónicas siguen trayectorias distintas, pues se tiene que las impedancias de los sistemas varían según la frecuencia. Donde se tiene que la reactancia inductiva se incrementa con la frecuencia y la resistencia se incrementa en menor medida, mientras que la reactancia capacitiva disminuye con la frecuencia. Así las armónicas fluyen hacia donde se le presenta menos resistencia a su paso.
fig. 3
Teoría De Los Armónicos Cualquier onda no senoidal puede ser representada como la suma de ondas senoidales (armónicos) teniendo en cuenta que su frecuencia corresponde a un múltiplo de la frecuencia fundamental (en el caso de la red = 50 o 60Hz), según la relación:
Dónde: V0 = Valor medio de v(t) (onda en estudio). V1 = Amplitud de la fundamental de v(t). Vk = Amplitud del armónico de orden k de v(t)
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fig. 4
Valor eficaz (RMS): Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia. El valor eficaz (RMS) también se define como la relación entre el área que forma un semi-ciclo de onda con el eje horizontal y su semi-periodo.
.Tabla de valores eficaces más utilizados.
fig. 5
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3. EQUIPOS Y MATERIALES
CANTIDAD
DESCRIPCIÓN
MARCA
01
Fuente de tensión AC variable
LAB -VOLT
01
Tarjeta de adquisición de datos
LAB -VOLT
02
Multímetro digital TRUE RMS
01
Analizador de redes portátil
01
Lámpara incandescente
01
Diodo
01
Lámpara ahorradora
18
Conductores de conexión
OBSERVACIÓN
Que no mida true(rms)
100 W c/u
4. PROCEDIMIENTO A. DETECCIÓN DE ARMÓNICOS 1. Arme el circuito mostrado en la figura, utilizando los voltímetros y amperímetros con las escalas apropiadas ¡NO ENERGICE EL CIRCUITO! A
V Lámpara ahorradora 220 v
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Donde: V1 = Voltímetro digital (sólo mide valores eficaces). V2 = Voltímetro digital de verdadero valor eficaz (TRUE RMS). A1 = Amperímetro digital (sólo mide valores eficaces) A2 = Amperímetro digital de verdadero valor eficaz (TRUE RMS
2.
Encienda la fuente de tensión alterna y regúlela a los valores indicados en la primera columna de la tabla 1 (utilizando al voltímetro V 1); para cada valor de tensión,
anote
las
lecturas
de
los
instrumentos
en
los
casilleros
correspondientes
UF (V)
V1 (V)
V2 (V)
I1 (mA)
I2 (mA)
True RMS
Tarjeta de adquisición de datos
True RMS
Tarjeta de adquisición de datos
180
180.1 V
177.6 V
150 mA
140 mA
200
200.1 V
198.3 V
220
220.4 V
219 V
170 mA
190 mA
145 mA
149 mA
Tabla .N°1
3.
Reduzca la tensión a cero volts y apague la fuente de tensión.
4. Arme el circuito mostrado en la figura, utilizando los voltímetros y amperímetros con las escalas apropiadas ¡NO ENERGICE EL CIRCUITO!
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A
A
Lámpara ahorradora 220 v
V
Diodo
Donde: V1 = Voltímetro digital (sólo mide valores eficaces). V2 = Voltímetro digital de verdadero valor eficaz (TRUE RMS). A1 = Amperímetro digital (sólo mide valores eficaces). A2 = Amperímetro digital de verdadero valor eficaz (TRUE RMS).
5. Encienda la fuente de tensión alterna y regúlela a los valores indicados en la
primera columna de la tabla 2 (utilizando al voltímetro V 1); para cada valor de tensión,
anote
las
lecturas
de
los
instrumentos
en
los
casilleros
correspondientes.
UF (V)
V1 (V)
V2 (V)
I1 (mA)
I2 (mA)
True RMS
Tarjeta de adquisición de datos
True RMS
Tarjeta de adquisición de datos
180
180.2 V
179.4 V
151.1 mA
162 mA
200
200.1 V
198.3 V
168.2 mA
164 mA
220
220V
216.4V
161.4mA
171mA
Tabla .N°2
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6. Reduzca la tensión a cero volts y apague la fuente de tensión.
B. MEDICIÓN DE LOS NIVELES DE ARMÓNICOS
1.
Arme el circuito mostrado en la figura, utilizando un voltímetro (que no sea de verdadero valor eficaz) y el analizador de redes. ¡NO ENERGICE EL
CIRCUITO!
2. Encienda la fuente de tensión alterna y regúlela a 220 V, anote los valores
solicitados en la tabla 3, que los obtiene del analizador de redes.
UF (V)
U1
U3
U5
220 V
219.8 v
0.3
3.1
U7 1.3
U11
U13
0.5
0.3
I1
I3
I5
100
89.6
70.1
I7
I11
I13
THDU
THDI
47.5
17.1
16
3.5
135.2
Tabla .N°3 Corriente: 93.5 mA
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ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS:
1. De los valores medidos en la tabla 1, ¿existen diferencias? Explique por qué. Si los valores obtenidos en el multímetro TRUE RMS son más exactos porque te saca un valor a base de un promedio de picos que se generan en la gráfica, la diferencia de los datos en la tabla N° 1 es mínima.
2. De los valores medidos en la tabla 2, ¿existen diferencias? Explique por qué. En tabla N° 2 si existe una diferencia y una aun mayor debido a que se trabajó con dos fuentes no lineales como el foco ahorrador y el diodo, por lo que genero más armónicos. En el multímetro True RMS. Te resaltaba los valores por promedio.
3. Proponga soluciones al problema de los armónicos en un sistema eléctrico. Para solucionar un problema de armónicos los filtros son una solución efectiva en aquellas ocasiones en las que el recableado es muy caro o dificultoso. Se utilizan para bloquear o atrapar las corrientes perjudiciales, disminuyendo las cargas armónicas del cableado. Y sus características del filtro deben ser cuidadosamente diseñadas para la instalación dada. 4. De la experiencia con el analizador de redes ¿Cuál o cuáles fueron los
armónicos más significativos? A partir de cuál orden los armónicos dejan de tener significancia. En el experimento tercero al observar las diferencias de los picos, y armónicos de la gráfica se determinó que al medir solo con la lámpara ahorradora se generan menos armónico, a diferencia de la lámpara con el diodo, y después se probó con una lámpara incandescente y en la gráfica no se mostraba ningún
LABORATORIO DE MEDIDAS ELÉCTRICAS armónico en gran tamaño, esto se da debido a que la lámpara incandescente no presenta cargas lineales, mejor dicho no es un circuito electrónico.
5. CONCLUSIONES
Se determinó que el multímetro TRUE RMS calcula los valores a base de un promedio de picos que se generan en la gráfica, a diferencia de un multímetro común.
En el experimento N° 2 se trabajó con un diodo y la lámpara ahorradora por lo cual se determinó al unirse dos cargas no lineales generan más armónicos.
En el experimento N° 3 al observar las gráficas generada por armónicos se determina que solo en los números impares se incrementa la distorsión y por lo tanto es más elevado el armónico, mientras que los pares es casi cero.
6. ANEXOS. EXPERIMENTO N° 1
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EXPERIMENTO N° 2
PROCESO
