Informe Lab.7

INFORME DE LABORA LABORATORIO TORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B

ÍNDICE

Objetivos

1

Fundamento Teórico

2

Materiales y equipos

8

Procedimiento

10

Cuestionario

14

Conclusiones

23

Observaciones y recomendaciones

23

Bibliografía

24

Anexos

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INFORME DE LABORA LABORATORIO TORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B

OBJETIVOS 1. Analizar y evaluar en en forma experimental la medida de las magnitudes magnitudes eléctricas existentes en los circuitos trifásicos balanceados. 2. Reconocer los instrumentos de medición medición para circuitos. 3. Determinar la secuencia en las líneas trifásicas. 4. Verificar el cumplimiento de las leyes de Kirchhoff Kirchhoff en las líneas del circuito trifásico.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

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INFORME DE LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B

FUNDAMENTO TEÓRICO Circuitos Trifásicos Para comprender como funcionan los circuitos trifásicos es necesarios primero conocer cómo se denominan las partes que lo componen así como todos los conceptos relacionados. 

Noción de fase: Los generadores trifásicos constan de 3 bobinas donde se inducen 3 voltajes monofásicos desfasados entre sí 120º.



Voltajes de fase: Cada bobina del generador puede ser representada como una fuente de voltaje senoidal. Para identificar a cada voltaje se les da el nombre de voltaje de la fase a, de la fase b y de la fase c.



Secuencia de fase positiva:

Por convención se toma siempre como voltaje de referencia al voltaje de fase a. Cuando el voltaje de fase b está retrasado del voltaje de fase a 120° y el voltaje de fase c está adelantado al de fase a por 120° se dice que la secuencia de fase es positiva. En esta secuencia de fase los voltajes alcanzan su valor pico en la secuencia a-b-c.

Los voltajes de a, b y c representados con fasores son los siguientes:

En donde 



  = ∠0°  == ∠+120° ∠−120°  

es la magnitud del voltaje de la fase a.

Secuencia de fase negativa:

En la secuencia de fase negativa el voltaje de fase b está adelantado 120° al de la fase a y el voltaje de fase c está atrasado 120° al de la fase a.


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  = ∠0°  == ∠−120° ∠+120°   


Cargas o receptores trifásicos:

Es habitual llamar a los receptores trifásicos "cargas". Si una carga monofásica es equivalente a una impedancia, una carga trifásica equilibrada está formada por tres impedancias iguales. A la hora de conectar entre si estas 3 impedancias hay dos posibilidades:

()(∆)

Conexión estrella Conexión triángulo

Además las corrientes absorbidas por una carga trifásica se clasifican en 3 corrientes de línea y 3 corrientes de fase; ambos grupos, iguales en valor eficaz y desfasadas 120º entre sí. 

Carga trifásica equilibrada en estrella

():

Los bornes de las impedancias suelen recibir la denominación que podemos ver en la figura. Los bornes finales de cada impedancia se conectan formando el punto neutro de la estrella y los iniciales reciben a los conductores de f ase de la red.

()

La característica más importante de la conexión equilibrada es que el punto neutro de la carga coincide eléctricamente con el punto neutro de la red trifásica que la alimenta, aunque físicamente puedan estar separamos una distancia apreciable. Es decir, si conectamos un voltímetro entre ambos puntos


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neutros, marcara 0 V. Al ser ambos puntos neutros el mismo, cualquier voltímetro entre una fase y alguno de los neutros, marcará lo mismo. Observa que en la siguiente figura el voltímetro marca 0 (V); marcan la tensión de fase (230 V), puesto que están conectados entre alguna fase y el punto neutro.





Carga trifásica equilibrada en triángulo

  

(∆):

Para conectar 3 impedancias en triángulo, cada una de ellas debe estar conectada entre 2 fases. Para ello basta con unir cada borne final con el borne inicial de la siguiente impedancia: _ X con V, Y con W ^ Z con U. Finalmente, unimos los bornes iniciales a las fases de la red. No existe por tanto, el punto neutro de la carga. Observar que cada impedancia está conectada entre 2 fases, por tanto soporta la tensión de línea, que será 400 V si la tensión de fase de la red es 230 V. En este caso habrá que tener precauciones especiales puesto que cada impedancia de fase debe estar preparada para soportar 400 V.


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

Relaciones estrella-triángulo:

  →() = () =  = √ 3 = √ 3∗ ⟹ (∆) =3∗() á→(∆) = √ 3 ∗(∆) = √ 3 ∗  }

Supongamos que disponemos de 3 impedancias iguales y pretendemos con ellas realizar una carga trifásica. El consumo de corriente de línea de la carga, dependerá de que la conexión sea . Vamos a comparar las expresiones vistas en el apartado anterior, suponiendo que evidentemente la tensión de red no varía.

∆

∆

Nota: 3 impedancias en consumen el triple de corriente de línea que en estrella, a la misma tensión de red. 

Potencia en los sistemas trifásicos equilibrados:

El concepto de potencia activa, factor de potencia, etc, no sufren ninguna alteración por tratarse de un sistema trifásico. Es obvio por otra parte que un sistema trifásico consumirá el triple de potencia que uno monofásico de las mismas características. No obstante, las fórmulas trifásicas más utilizadas son las siguientes:


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=∗]= √ 3 ∗ ∗ ∗ [] [ ] ::    .   (.  .  )  ::ó  í    á.    í     á.  Δ Donde:

Si trabajamos con tensión y corriente de línea, estas fórmulas son aplicables tanto a la conexión como a la de . 

Sistemas trifásicos desequilibrados:

Se estudiará el caso de un sistema trifásico de tensiones equilibrado, pero que trabaja alimentando a una carga desequilibrada. Se entiende que una carga es desequilibrada cuando las impedancias de cada fase no son iguales, situación que encontramos en la distribución de energía eléctrica en BT a los edificios. En este caso, las intensidades absorbidas por la carga serán desequilibradas, con lo cual no tienen por qué ser iguales en valor eficaz ni estar desfasadas 120º. Para una carga equilibrada en , el punto neutro de la alimentación y el de la carga son eléctricamente el mismo, por lo que cada impedancia soporta la tensión de fase de la red y las corrientes absorbidas son equilibradas. Si la carga es desequilibrada, no se cumple esta propiedad y los puntos neutros son eléctricamente distintos, por lo que la tensión en cada impedancia dependerá de los valores óhmicos de las mismas y las corrientes absorbidas serán desequilibradas. En la figura se puede ver el resultado de una simulación mediante software electrotécnico, en la que se conecta una carga desequilibrada en (resistencias por fase de 43, 20 y 82 Ω) a una red trifásica de 230 V de tensión de fase y 400 V de tensión de línea.






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() ̅ +̅ +̅ = ̅

Por otra parte si hay un conductor más, hay una corriente más, llamada corriente de retorno por neutro . Si aplicamos la LCK en el punto neutro de la estrella tenemos:

Se puede comprobar como la suma de los valores eficaces de las corrientes de línea, no coincide con el valor eficaz de la corriente de retorno por neutro, puesto que se trata de una suma fasorial de corrientes desequilibradas. 

Carga desequilibrada en triángulo

():

Actualmente este tipo de conexión está en desuso debido a las exigencias reglamentarias de tensión. Las redes de BT normalizadas son:

Δ

Si conectásemos estos circuitos monofásicos en , cada receptor estaría conectado a 400 V, superando con mucho su tensión nominal, con lo que la intensidad absorbida por estos también aumentaría por encima de la nominal, produciéndose grandes calentamientos que pueden derivar en deterioro definido de los receptores y ser además causa de incendio. Por este motivo, la conexión carece actualmente de aplicación práctica.

Δ


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MATERIALES Y EQUIPOS

Dos Multímetros Multímetro CIE 122 destinado a medir el voltaje, intensidad y la frecuencia.

BANCO DE REACTORES Necesitamos para formar un circuito trifásico de reactores

Cables Necesarios para realizar las conexiones

Pinza amperimétrica Instrumento para medir la intensidad de corriente

Vatímetro Instrumento para medir la potencia


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Transformador Transformador de 220/127V

Panel de Lámparas incandescentes Carga resistiva a utilizar

Cosfímetro Nos ayuda a determinar el fdp

Motor trifásico Carga inductiva a utilizar

Panel de Condensadores Carga capacitiva a utilizar


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Secuencímetro Nos indica la secuencia de la líneas en un circuito trifásico

Interruptor tripolar Permite desernegizar el circuito

PROCEDIMIENTO 1. Especificaciones de los equipos y mostrar los diagramas de conexión Tabla 1. Especificaciones del motor usado en el laboratorio. Tipo de motor Marca Tipo de conexión Frecuencia Vnominal Inominal Pnominal

Motor eléctrico trifásico SAFARI Y9012 Delta 60 HZ 225 V 3.11 A 0.75 kw

Figura1. Diagrama de la conexión para el cosfimetro


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Figura 2. Diagrama de la conexión para el vatímetro

2. Implementación del circuito trifásico. El circuito a utilizar se muestra en la figura 4.

Figura 3. Circuito a implementar

1. Anotar las especificaciones técnicas que presentan los materiales a usar. asimismo observar el diagrama de conexión que presentan los mismos. 2. Verificar la escala de los instrumentos para evitar posibles daños. 3. Se debe usar la secuencia correcta en la fuente y para eso es necesario usar el secuencímetro. 4. El medidor de energía trifásica seguida del vatímetro y del cosfímetro a la lámpara incandescente balanceada en triángulo seguido del motor trifásico en delta y finalmente los condensadores balanceados delta.


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Figura 4. Circuito implementado y funcionando

Figura 5. Conexión del vatímetro

Figura 6. Conexión del motor eléctrico trifásico


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5. Cerrar el interruptor trifásico “S” y alimentar el circuito a 220 V. Medir los valores de “V” y “A” en cada una de las fases (tensiones de línea y fase, así como las corrientes correspondientes), utilizando el multímetro digital y la pinza amperimétrica respectivamente. Tomar la lectura del vatímetro y el cosfímetro, asimismo, observar lo indicado en el secuencímetro. 6. En conjunto colocar los paneles el motor y el panel de reactores para encontrar las intensidades de corriente en el modelo

Fig.7. Modelo de la unión de motor, panel de reactores y condensadores.


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CUESTIONARIO 1. LAMAPARAS INCANDESENTES 1) Tabular los valores de las magnitudes medidas para cada caso, asimismo, comparar la potencia leída por el vatímetro y la obtenida a partir del medidor de energía, con la fórmula

=3...cos  = 3∗229.2 ∗2.12∗cos8 = 1443  = 3∗229.2 ∗2.02∗cos8 = 1375   = 3∗229.2 ∗2.25∗cos8 = 1532 

Conexión delta: a)

b) c)

W

Tomando un promedio de potencias: 1450 Considerando la potencia leída de 850 W existe una variación de 40 %

 == 3∗118. 2 ∗0. 0 31∗cos1 = 10. 9 9 3∗117. 0 ∗0. 0 33∗cos1 = 11. 5 8  = 3∗117.8 ∗0.030∗cos1 = 10.60 11.05

Conexión estrella: a) b) c) Tomando un promedio de potencias:

Considerando la potencia leída de 14W existe una variación de 13.86 % 2) Elaborar para cada caso y cada secuencia de fases un diagrama fasorial, indicar las tensiones de línea, de fase y las corriente, obtenidas a partir de los cálculos.

2.1



VTR

IRS

ITR

° 7° VRS 7°

VST

== =

IST

Conexión delta

VRS 200.7∟0° VST 202.6∟-120° VTR 200.8∟120°


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2.2



VTR

IRS

ITR

° 1° VRS 1°

VST

== =

IST

Conexión estrella

VRS 201.7∟0° VST 202.1∟-120° VTR 203.8∟120° 3) Para cada caso, tomando como referencia el plano complejo, elaborar el triángulo de potencias experimentalmente, indicando P, Q, S y



.

Conexión delta

S=33.87

Q =4.13 Vars

=7° P =33.62 W


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Conexión estrella

S=11.051

Q =0.19 Vars

=1° P =11.050 W

4) Para todos los casos: plantear y verificar el cumplimiento de las leyes de Kirchhoff en cada uno de los circuitos empleados, asimismo, elaborara un cuadro con los valores de os voltajes y corrientes obtenidos en cada caso y compararlo con los obtenidos analíticamente, indicando el % de error y corriente suministrada por la red (obtenidas al resolver el circuito) 

Conexión delta

=

− − −

= = =

IR ∟0° IRS ∟-120° ITR ∟120 0.108∟0°

= =

IS∟-120° IST ∟0° ITR ∟120° 0.105∟-120° IT∟120° ITR ∟120° IST ∟0° 0.100∟120° 

Conexión estrella

=

=

IR +IS+IT 0.034∟0°+0.03∟-120°+0.038∟120°

=

0.006∟90°

=

IRF+ISF+ITF 0.031∟0°+0.033∟-120°+0.03∟120°

0.003∟-119°

Se observa que en la conexión Estrella no se cumple la ley de Kirchhoff debido a que es una carga desbalanceada.

2. CONDENSADORES 1) Tabular los valores de las magnitudes medidas para cada caso, asimismo, comparar la potencia leída por el vatímetro y la obtenida a partir del medidor de energía, con la fórmula .

=3...cos  = √ 3 ∗ ∗ ∗cos


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INFORME DE LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B CASO 2 : CONDENSADORES CONECTADOS EN DELTA Y ESTRELLA. Conexión delta: d)

 = √ 3 ∗202.5 ∗2.556∗cos−88 = 31.287  = √ 3 ∗202.8 ∗2.54∗cos−88 = 31.137  = √ 3 ∗204.6∗2.62∗cos−88=32.4

e) f)

Tomando un promedio de potencias: 31.608W Considerando la potencia leída de 30 W existe una variación de 5.36%.

 = √ 3 ∗202.7∗0.859∗cos−85=26.28  = √ 3 ∗202.8 ∗0.84∗cos−85 = 25.17   = √ 3 ∗204.2 ∗0.87∗cos−85 = 26.81 

Conexión estrella: a) b) c)

Tomando un promedio de potencias: 26.08 Considerando la potencia leída de 20W existe una variación de 30.4 % 2) Elaborar para cada caso y cada secuencia de fases un diagrama fasorial, indicar las tensiones de línea, de fase y las corriente, obtenidas a partir de los cálculos.

CASO I


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CASO II

CASO III

3) Para cada caso, tomando como referencia el plano complejo, elaborar el triángulo de potencias experimentalmente, indicando P, Q, S y



.

Ya está en la pregunta anterior.

4) Para todos los casos: plantear y verificar el cumplimiento de las leyes de Kirchhoff en cada uno de los circuitos empleados, asimismo, elaborara un cuadro con los valores de os voltajes y corrientes obtenidos en cada caso y compararlo con los obtenidos analíticamente, indicando el % de error y corriente suministrada por la red (obtenidas al resolver el circuito)


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INFORME DE LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B 

Conexión delta

=

−

=

IR ∟0° IRS ∟30° ITR ∟120 0.09∟-3.69°

= =

− −

= =

IS∟-120° IST ∟-90° IRS ∟30° 0.078∟-115.23° IT∟120° ITR ∟150° IST ∟-90° 0.168∟119.83° 

Conexión estrella

=

=

IR +IS+IT 0.859∟0°+0.84∟-120°+0.87∟120°

=

0.026∟81.2475

IRF+ISF+ITF 0.858∟0°+0.849∟-120°+0.867∟120°

=

0.015∟-90

Se observa que se cumple la ley de Kirchhoff debido a que el error es muy pequeño.

3. TODAS

1.

LAS CARGAS

Tabular los valores de las magnitudes medidas para cada caso, compara la potencia leída por el vatímetro con la potencia:

P=3.VF.IF cos∅ CASO IV: PARA TODAS LAS CARGAS (PARA CADA CARGA ESCOGER Y/Δ

P=3.VF.IF cos∅ P=3∗224.3∗0.77/√ 3 P = 837.6 w 1 = 77.11  2 = 64.64  3 = 51.75  P = PR +PR +PR = 193.5 w PT =193.5+837.6=1031.1 w 2.

Elaborar para cada caso y cada secuencia de fases un diagrama fasorial,


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INFORME DE LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B indicar las tensiones de línea, de fase y las corriente, obtenidas a partir de los cálculos.

CASO IV: PARA TODAS LAS CARGAS (PARA CADA CARGA ESCOGER Y/Δ

Tabla 1°: Valores experimentales

Vine(V) motor Ie(A) motor Vine(V) focos Ie(A) focos Vine(V) total Ie(A) total

R-S

S-T

T-R

222.1

223.3

224.4

2.8

2.8

3.0

222.1

223.3

224.4

0.6

0.5

0.5

222.1

223.3

224.4

3.2

3.3

2.9

cosφ=0.77 PT = 1031.1 w φ=39 Q=854.4

Se obtuvo un factor de potencia es:

Como

cosφ=0.77

, entonces

Var

S=1339.09 VA

3.

Para cada, tomando como referencia, el plano complejo, elaborar el triángulo de potencias obtenido experimentalmente, indicando P, Q, S y cosφ.


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CASO III

Figura n°:

Triangulo de Potencias

4.

Verificar el cumplimiento de las Leyes de Kirchoff en cada uno de los circuitos empleados, asimismo, elaborar un cuadro con los valores de los voltajes y corrientes obtenidos en cada caso y compararlo con los obtenidos amílicamente, indicando el % de error de voltaje y corriente suministrada por la red.


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INFORME DE LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS ML121-B Tabla 2°: Comparación y análisis de los errores

V(voltaje) Error

I(corriente) Error

P(potencia) Error

Error

Error

absoluto

relativo

absoluto

9.97%

118.9

10.34%

Error relativo

Caso IV

relativo

absoluto

3.3

1.5%

0.3


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CONCLUSIONES 1. En todo sistema trifásico balanceado las corrientes de línea son iguales. 2. En un sistema eléctrico, las cargas inductivas retrasan la corriente respecto al voltaje, es decir sus efectos se contrarrestan. 3. La potencia reactiva tiene como función magnetizar la bobina de los reactores, y a diferencia de la potencia activa no puede ser utilizada. 4. En la práctica todos los elementos pasivos: resistores, inductores y capacitores tienen resistencia eléctrica. 5. Respecto los errores, es posible que se deba a una falta de calibración de los instrumentos de medida, en especial del vatímetro y del cosfímetro.

RECOMENDACIONES 1. Verificar el correcto funcionamiento de los multímetros, esto es entre otras cosas, que no registre valores cuando no está conectado a ningún elemento eléctrico, especialmente para los condensadores. 2. Colocar la pinza amperimétrica en la escala de mili amperios o amperios para que pueda registrar los datos de manera efectiva. 3. Colocar la pinza amperimétrica de tal manera que el cable por el cual se desea medir la corriente quede perpendicular al área de sección formada por las pinzas, esto es, para cometer el menor margen de error en la toma de datos. 4. Realizar la experiencia de tal manera que la corriente total en el circuito no exceda de un amperio, ya que los elemento resistivos se comienzan a calentar, variando su valor considerablemente y afectando posteriormente en la comparación de datos experimentales con los resultados teóricos.

OBSERVACIONES 1. Se observó que el tablero de los condensadores no tenía buenas indicaciones para poder distinguir cual era de encendido o apagado. 2. En todo los experimento se pudo verificar una variación de las lecturas de la pinsa amperimétrica.


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BIBLIOGRAFÍA

[1] ROBERT BOYLESTAD: “Análisis Introductorio de Circuitos Eléctricos”

[2] NILSSON: “Análisis de Circuitos Eléctricos”

[3] O. MORALES, F. LOPEZ: “Circuitos Eléctricos I y II”

[4] Jesús Fraile Mora: “Circuitos Eléctricos”


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ANEXOS

Figura 16. Vatímetro (izquierda) y diagrama de conexión (derecha).

Figura 17. Cosfimetro (izquierda) y diagrama de conexión (derecha).


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