FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
INFORMES DE LABORATORIO INTEGRANTES: LUIS MIGUEL BETANCUR ARANGO. Dc: 1036638019 SEBASTIAN OSPINA CANO. Dc: 1216714875 FELIPE ECHEVERRI MONTOYA. Dc: 1037617760 DANIEL ALEJANDRO RESTREPO BARÓN. Dc: 1020456064 CAMILO ERNESTO CHAMORRO GUERRERO. Dc: 1085931175 LUIS ANTONIO GALLO JARAMILLO Dc: 1 152 441 793
DOCENTE: JORTIN DE JESUS VARGAS ORTEGA ELECTRICIDAD BASICA
Medellín, Marzo 25 de 2014 PRÁCTICA N°1 INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y EQUIPO DE LABORATORIO.
Objetivos
Conocer y aprender a manejar los diferentes instrumentos de medida que se van a utilizar en el desarrollo del laboratorio. Efectuar mediciones simples con cada instrumento de medida y observar las precauciones que se deben tener con ellos. Familiarizarse con las instalaciones del laboratorio y equipo adicional.
RESULTADOS DE LA PRÁCTICA: En esta práctica se comprobó la ley de Kirchhoff para un circuito en serie, serie, esta ley dice que:
•
•
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Medellín, Marzo 25 de 2014 PRÁCTICA N°1 INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y EQUIPO DE LABORATORIO.
Objetivos
Conocer y aprender a manejar los diferentes instrumentos de medida que se van a utilizar en el desarrollo del laboratorio. Efectuar mediciones simples con cada instrumento de medida y observar las precauciones que se deben tener con ellos. Familiarizarse con las instalaciones del laboratorio y equipo adicional.
RESULTADOS DE LA PRÁCTICA: En esta práctica se comprobó la ley de Kirchhoff para un circuito en serie, serie, esta ley dice que:
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ESQUEMAS DEL MONTAJE REALIZADO EN EL LABORATORIO:
El voltaje de la fuente medido con el voltímetro fue: = 40.9 v Luego se procede a medir y se toman los Siguientes valores: • • • •
= 1.4 A = 15.3 V = 9.4 V = 17.83 V
Donde
= (15.3+9.4+17.83) v = 42.53 v De estos resultados se observa que el voltaje de la fuente es aproximadamente igual a la suma de los voltajes medidos en cada resistencia. 42.53 v 40.9 v Aplicando Kirchoff para un sistema en serie tenemos lo siguiente:
=
= (10.9+6.9+12.9) = 30.7
Como ,
entonces:
= 40.9 v/ 30.7 = 1.34 Amp Luego se comprueba se hace le cálculo del voltaje por medio de V = IR VR1 = (It)(R1) = 1.34A(10.9 ) = 14.6 V VR2 = (It)(R2 ) = 1.34A(6.9) = 9.23 V VR3 = (It)(R3) = 1.34A (12.9) = 17.29V Sumando voltajes obtenemos que el voltaje total es: Vt´ = 40.9 v De aquí concluimos que: Vt Vt´ Vf ELEMENTOS UTILIZADOS:
Medidores Para realizar todas las medidas medidas se utilizaron utilizaron dos multímetro uno uno se usó como amperímetro y el otro como voltímetro y óhmetro.
resistencias: Se utilizaron tres resistencias de calibración manual en este laboratorio se calibraron a 15, 10,5 con el multímetro utilizado como óhmetro cables: Se utilizaron para realizar las conexiones. fuente: Se utilizó una fuente de corriente directa 1.4 PREGUNTAS 1. Una resistencia medida con un óhmetro da un valor que hay que corregirse si dicha resistencia va a estar sometida sometida a CA. Diga cómo se hace esta corrección. corrección. Se debe utilizar un factor de corrección de 1/ √2 dado que V DC = (V ( Vm/ √2) donde Vm es el voltaje máx. de la onda sinusoidal que da la CA, al utilizar este factor se haya la equivalencia de DC a AC en función de la onda sinusoidal. 2. Cómo varía la resistencia de un conductor de acuerdo con su calibre. Consultar la resistencia (ohmios/Km.) para un conductor #12 (instalaciones residenciales) y un conductor 2/0 (utilizado en líneas de transmisión). Se tiene que: R= (L/A) donde donde L= Longitud, A= A= Área y = Resistividad propia del material. Como se observa en la formula si aumentamos el calibre del conductor, aumentamos el diámetro de este y por tanto el área, dando como resultado una resistencia menor. SINTENAX VIPER: Con una reactancia de 50 Hz y tripular. Para un conductor # 12, la resistencia resiste ncia es 0.09928 /Km. Para un conductor 2/0, la resistencia es 0.07421 /Km. RETENAX VIPER: Con una reactancia de 50 Hz y tripular. Para un conductor # 12, la resistencia es 0.0934 /Km. Para un conductor 2/0, la resistencia es 0.07098 /Km.
3. Métodos para medir torque. •
Para medir fuerza de una manera simple se utiliza la balanza analítica en donde se aplica el concepto de equilibrio de momentos.
Dinamómetro es un método poco utilizado actualmente pero que ayuda en la clarificación de conceptos este consiste de un freno y una balanza. El ensayo se debe realizar a distintas revoluciones del motor para definir la curva de potencia versus rpm el freno se conecta mediante una palanca de longitud conocida al plato de la balanza que medía la fuerza que se ejercía en ella.
Otros métodos aceptados para medir el esfuerzo de torsión son los transductores de montaje en el tren de la máquina o en el eje rotatorio. Con pocas excepciones, estos métodos utilizan las galgas de tensión. 4. Métodos para medir velocidad.
tacómetro: Se utiliza para la medición de las revoluciones por minuto, por medio de un rayo láser, en equipos dinámicos como las bombas, motores eléctricos, ventiladores, Compresores, turbinas, extractores, entre otros. Radar de velocidad Es un instrumento que permite medir la velocidad que lleva un vehículo en un instante de tiempo corto.
Medidor de velocidad digital. Este equipo permite realizar mediciones rápidas de velocidad, caudal y temperatura en espacios o ductos refrigerados, climatizados, de ventilación, en torres de refrigeración o del medio ambiente.
Practica N°2 COMPROBACION EXPERIMENTAL DE LAS LEYES CIRCUITALES Montaje1
VR1 (v) VR2 (v) VF (v) IT (A)
Dc 13,4 21,8 35,4 2,01
Ac 15,9 26,2 42,3 2,37
Dc 18,9 15,1 2,8 34,1
Ac 1,43 43,1 44,3 0,21
Montaje2
VR1 (v) VXL (v) VF (v) IT (A)
Montaje3
VR1 (v) VXC (v) VF (v) IT (A)
Dc 0,8 60,3 60,4 0,118
Montaje4
VR1 (v) VXL (v) VXC (v) VF (v) IT (A)
Ac 5,1 157,3 204 52,6 0,75
Ac 1 43,5 44,3 0,15
Montaje 5
IR1 (v) IXL (A) IXC (v) VF (v) IT (A)
Ac 2,64 0,087 0,063 17,8 2,64
Calculos Montaje 1 (DC)
=1,97*7=13,79
(AC)
=2,35*7=16,4
Montaje2 (AC)
( ( Montaje3
( ( Montaje4
( ( ( Montaje5
GRAFICAS VOLTAJE Vs CORRIENTE
V= IR V
- I variable y R cte
I = (V/R)
IR
I
- R cte y V variable
V/R
I = (V/R) I
-
V cte y R variable
V/R
R = (V/I)
R
- I cte y V variable
V/I
- I cte y R variable
R = (V/I) R
-
V cte y I variable
V/I
PREGUNTAS 1. En qué caso la curva voltaje-corriente para una resistencia no seria una recta perfecta? La grafica tiene la forma de una línea recta donde el significado de la pendiente es la resistencia que es constante. Por tanto siempre se da una línea recta, a menos que alguna de las variables sea función de otra. 2. Como se explica para los resultados del montaje de la figura 6 que la suma algebraica de los voltajes no dé el valor de la fuente? Debido al desfase de 180° que hay entre los inductores y capacitores, la suma algebraica de estos no permite solucionar el circuito, por tanto se deben operar fasorialmente para que cumpla las leyes de voltaje de Kirchhoff. 3. Explicar el proceso eléctrico mediante el cual en los terminales de una bujía de un carro aparece un alto voltaje si solo se dispone de 12 voltios de la batería?
En medio de este proceso eléctrico se encuentra una bobina la cual hace que el voltaje aumente al allegar a la bujía.
4. Que rangos de corriente puede soportar el cuerpo humano? (microamperios, miliamperios, amperios, kiloamperios) Se considera una corriente entre 0.5 y 10 mA en AC. Para DC es de 2mA
PRÁCTICA N°3 “MEDIDA DE POTENCIA MONOFÁSICA ACTIVA Y REACTIVA. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA”
ESQUEMA DE CONECCIONES P = I2R Q = I2XC = I2XL S = √(P2 + Q2)
I A V
Vf = 31.8 V P = 85 watts
12 12 Ω
I = 1.79 A Q = 0 S = 32 VA
TRIANGULO DE POTENCIA P = 85 watts Q = 0 S = 32 VA Ө = 0
FP= P = 1 S
I A
Vf = 55.3 V
V
1H
P = 1.5 watts
10uf
I = 0.056 A
TRIANGULO DE POTENCIA P = 1.5 watts I = 0.056 A P
XC = 1 / (2πfC) = 1 / (2π (60Hz) (10 μf)) = 265.26 Ω XL = 2 πfL = 2 π (60Hz) (1H) = 377 Ω 1/Z = (1/XL) – (1/XC) = -1.11*10-3 Z = -J894.96 Ω
S
Q = I2XC = (0.056 A) 2(-J894.96) = 2.8066 VARS S = √ (1.52 + 2.80662) = 3.182 VA Ө = Cos-1(P/S) = 61.87°
FP=0.471
I A V
Vf = 31 V 1H
10uf
12 11 Ω
P = 75 watts I = 2.577 A
TRIANGULO DE POTENCIA P = 75 watts I = 2.577 A 1/Z = (1/R) + (1/X L) – (1/XC) = (1/12) + (1/J377) – (1/J265.26)
S
1/Z = 1/12 – J1.11*10-3
Q
= 0.0833 Ω – J1.11*10-3 = 0.0833∟-0.76 Z = 12.00∟0.76 = 12.00 + J0.159 Q = I2XL = (2.577 A)2(J0.16) = 1.0625
P
S = √(752 + 1.06252) = 75.00 Ө = Cos-1(P/S) = 0
FP=1
I A
Vf = 115 V P = 90 watts
V
M
I = 4.6A
I A V
Vf = 115 V M
10uf
P = 87 watts I = 4.16 A
V = 115 V
I A V
P = 87 watts M
20uf
30uf
I A V
V = 115 V P = 87 watts I = 3.35 A
X
Y
M
I = 3.76 A
3.2 PREGUNTAS 1. ¿Por qué las empresas de energía exigen un buen factor de potencia (0.9)? Por qué mejorando el factor de potencia se disminuye el consumo de corriente sin alterar la potencia, y por ende la empresa ahorra dinero. 2. ¿Qué clase de potencia se puede calcular a partir de la lectura de KWH en un contador de energía residencial? Potencia activa 3. Demostrar que un condensador o una bobina no consumen potencia activa P = I2R y la parte real de un condensador o una bobina es cero. 4. ¿Porque al sector residencial no se le factura la energía reactiva (KVARH)? Por qué la que se consume es la potencia activa.
PRÁCTICA Nº 4 “SISTEMAS TRIFASICOS CONEXIONES ESTRELLA Y DELTA”
1. OBJETIVOS 1.1 Comprobar las propiedades y características de las conexiones estrella y delta en sistemas trifásicos balanceados y no balanceados. 1.2 Aprender a medir la potencia consumida por una carga trifásica en estrella o delta y determinar su factor de potencia.
2. TEORÍA En la mayoría de los circuitos implementados hasta ahora, se ha usado una fuente de AC. Esos circuitos se conocen como monofásicos. El sistema que se utiliza para la distribución de potencia eléctrica es un sistema trifásico que se basa en el generador elemental de tres bobinas montadas en el rotor a intervalos de 120° grados. Este alternador genera tres f.e.m.s sinusoidales desfasados entre si 120°. Cuando se aplica un voltaje trifásico a una carga equilibrada o desequilibrada, usualmente esta se encuentra en estrella o delta. Llamando las fases respectivas R, S, T, los voltajes de línea serán VRT, VST, VRS.
Conexión Estrella (Y) Se tiene un punto neutro (N) y las relaciones:
R
R
S
T
N
S
Z
Z
N
VL Z
30°
T
VF
Fig.13
VRN, VSN, VTN, voltajes de fase. La elección de una tensión como referencia con un ángulo de fase nulo, determina los ángulos de las fases de las demás tensiones, así: VRS = I VRS I 0° entonces VST = I VST I -120° VRT = I VRT I 120° Se tiene además, que en conexión estrella: IL = IF VL = √3 VF -30°
Lo anterior quiere decir que el voltaje de línea en una conexión estrella es √3 veces el voltaje de fase, con un desfase de 30°. Son iguales las corrientes de línea y de fase. Si el sistema es equilibrado, IN = 0, sino IN = 0 Conexión Delta (∆).
En conexión delta se tienen las siguientes relaciones:
R
R
S
T
IL 30° IF Z
S
Z
Z
T
Fig.14 VL = VF
IL= √3 IF -30°
Los voltiamperios de un sistema trifásico se definen como la suma de los voltiamperios de cada fase. Si el sistema es equilibrado, será tres veces el número de voltiamperios de una fase: S = 3 I VF I * I IF I En función de los voltajes de línea y corrientes de línea: S = (√3) I VL I * I IL I Tanto para la conexión delta como para la estrella en sistemas equilibrados. Los voltiamperios reactivos para un sistema trifásico equilibrado, se define como tres veces los voltiamperios reactivos por fase: QT = 3 I VF I * I IF I * Senθ QT = √3 I VL I * I IL I * Senθ Sen θ: factor reactivo del sistema.
Cos θ: factor de potencia del sistema. Se debe recordar que es el coseno del ángulo entre el voltaje de fase y la corriente de fase, independiente de que la conexión sea delta o estrella. Medida de Potencia trifásica Para medir esta se usan varios métodos, pero en la práctica se realizara con el método de los dos vatimetros. En el caso de sistemas equilibrados cada vatímetro indicara:
L1
V
W1
I
CARGA
I
TRIFASICA
V
FUENTE TRIFASICA
L2 EN
V
L3
V I
W2
I
ESTRELLA O DELTA
Fig.15 W1 = I VL I * I IL I * Cos (30°-θ) W2 = I VL I * I IL I * Cos (30°+θ)
W1 + W2 = √3 I V L I * I I L I * Cos θ W1 y W2 miden correctamente la potencia active en u sistema trifásico mediante la suma algebraica de ambas lecturas. Los vatímetros deben estar conectados adecuadamente. Es posible que en el proceso de medición, uno de los vatímetros trate de reflectar su aguja hacia la izquierda para lo cual será necesario invertir las terminales de una de las bobinas para poder leer; esta lectura será negativa si venia leyéndose positivo antes de invertir.
Este método de los dos vatimetros es valido para sistemas trifásicos en equilibrio y desequilibrado. DATOS Y CÁLCULOS
CONEXIÓN ESTRELLA (Y)
El diagrama simplificado para la conexión en el laboratorio es: L1
L2
L3 N
A
Datos medidos en el laboratorio:
S P
Voltajes de Línea VL1L2 = 55.7 V VL2L3 = 55.1V VL3L1 = 55.4 V Voltajes de Fase VL1N = 31.6 V VL2N = 32V VL2N = 31.7 V
CONEXIÓN TRIANGULO ( )
La forma simplificada para la conexión en el laboratorio es:
A
A
Voltajes de Línea VL1L2 = 17.7 V VL2L3 = 17.7 V VL3L1 = 17.7 V
SP
MEDIDA DE POTENCIA TRIFASICA DESBALANCEADA
W1 L1
A 0.5H
9 N 8 0.5H L2
L3 W2
Datos medidos
=70w Voltajes de Línea VL1L2 = 165 V VL2L3 = 160 V VL3L1 = 160.4 V Voltajes de Fase VL1N = 59 V VL2N = 119 V VL3N = 105 V
12
0.5H
INSTRUMENTOS UTILIZADOS o o o o o
RESISTENCIAS BOBINA VATIMETRO MULTIMETRO FUENTE AC
PREGUNTAS 1.Demostrar matemáticamente la relación existente entre las magnitudes de línea y de fase para corrientes y voltajes en sistemas equilibrados. a A
b B
c C
E AB = Voltaje de linea Eaneutro = Voltaje de fase.
Neutro a´
b´
c´
Sistema en Y c
a 120°
120°
b´
c´ a´ 120°
b
̀ ̀ ̀ ̀ Donde ̀ ̀ son voltajes de linea
̀ √ ̀
De aquí que en un sistema en Y E LINEA = ( 3 ) (E FASE ) I LINEA = I FASE P 3 = 3 P 1 P 1 = V FI F Cos = V LI L Cos / ( 3 ) P 3 = (3 V LI L Cos / 3 ) ( 3 / 3) P 3 = 3 V LI L Cos Q3 = 3 V LI L Sen
S 3 = 3 V LI L
EN DELTA Ic c
c´
Ia
Ica b´
a
b Ibc
a´
Iab
Ib
√
√ De aquí que en un sistema en ∆ I LINEA = ( 3 ) (I FASE ) V LINEA = V FASE P 3 = 3 P 1 P 1 = V FI F Cos = V LI L Cos / ( 3 ) P 3 = (3 V LI L Cos / 3 ) ( 3 / 3) P 3 = 3 V LI L Cos Q3 = 3 V LI L Sen S 3 = 3 V LI L
¿Qué función tiene el conductor neutro en un sistema trifásico en estrella equilibrado, desequilibrado? La función principal del neutro es la seguridad del entorno, y la estabilidad del campo eléctrico, del transformador, y de las instalaciones que estarán conectadas. Como protección todas las instalaciones tienen una línea de tierra, independiente del neutro, protegida por el diferencial, que permite que ningún cuerpo conductor puede cargarse a una corriente que supere los 30 mA. Normalmente los generadores trifásicos están conectados en Y para así tener un punto neutro en común a los tres voltajes. Raramente se conectan en delta ( sin neutro), ya que en conexión en delta los voltajes no están perfectamente balanceados provocando un voltaje neto entre ellos y en consecuencia una corriente circulando en la delta no tienen conductor a tierra.
Por qué cuando se une el neutro de la fuente con el neutro de la carga en estrella desequilibrada, las tensiones de fase se igualan?
Las tensiones se igualan debido a que se cierra el circuito, esto hace que la corriente pueda circular por el sistema.
¿Qué ventajas presenta una conexión frente a la otra? La conexión en
ofrece mayor voltaje que la conexión en Y.
¿Cómo se obtiene la potencia reactiva a partir de la lectura de los dos vatímetros? Se deben restar los Vatímetros: Teniendo que: W1 = VLILCOS ( + 30) W2 = VLILCOS ( - 30) W2 – W1 = VLILCos ( - 30º) - VLILCos ( + 30º) = VLILCos30ºCos + VLILSen30ºSen - VLILCos30ºCos+VLILSen30ºSen W2-W1=VLILSenθ Se multiplica (W2-W1) por 3 dando la potencia reactiva trifásica: QT= 3 VLIL Sen = 3 (W2-W1)
¿En qué casos se puede leer potencia trifásica utilizando un solo vatímetro monofásico? Cuando el sistema está equilibrado.
PRACTIAC N°5 TRANSFORMADOR MONOFASICO 1. OBJETIVOS 1.1 Aprender a identificar las bobinas y a determinar la relación de transformación. 1.2 Saber chequear la polaridad de transformación. 1.3 Aprender a determinar la regulación y la eficiencia asumiendo carga constante durante periodos prolongados. 2. TEORIA El transformador es un equipo eléctrico muy versátil, no posee partes móviles, es de construcción simple. Se puede usar en diversos propósitos: acople de impedancias, aislamientos de circuitos eléctricos, transformación de voltaje, desfasaje, etc.
EL TRANSFORMADOR IDEAL La figura a continuación representa la construcción esencial de un transformador, sobre un núcleo magnético se sitúan dos bobinas de diferente número de espiras.
Ie
+
I´p Is
Ip
Vp
Ep Es
Vs
Fig.16 Los pasos idealizados que se suceden en la operación son:
Si se aplica voltaje variable en el tiempo ( V p ) en el primario, se origina una corriente
e en dicho devanado.
e origina un flujo senoidal
m
induce a E p y a E s . E p se opone a V s según la ley de Lenz y por lo
tanto limita a
m en el núcleo ferromagnético.
e
.
Se cierra el interruptor en el secundario, se origina una I s a través del devanado secundario. origina s el cual se opone m .
I s
El flujo reducido en el núcleo m s , da origen a una disminución de E p lo que causa un incremento de I p de la corriente en el primario.
El flujo p , creado por I p se opone y se neutraliza a s dejando a m como el flujo significativo que mantiene un E p y un E s constantes.
Como las espiras abrazan el mismo flujo m , en cada una se induce igual voltaje. EP = NPe1
ES = NSe1
NP Y NS: Número de espiras e1: Voltaje Inducido E P E s
N P et N S et
N P N S
n si V P V S
Si el voltaje más alto es el primario, el transformador es reductor. Si el voltaje más bajo corresponde al primario, el transformador es elevador. El primario es el lado por el que se alimenta.
Al considerar un transformador idealmente se tiene que:
VP = VS VS = ES VPIP = VSIS VP/VS = IS/IP = a a: relación de voltajes
Notas:
Las corrientes son inversamente proporcionales a los voltajes.
En un transformador reductor a = n.
En un transformador elevador a = 1/n.
La conexión entre el primario y el secundario de un transformador es a través de un circuito magnético.
Si además de la conexión magnética se realiza conexión eléctrica entre la bobina primaria y la bobina secundaria, eso constituye un autotransformador. Su símbolo es como lo muestra la figura.
ILp VLp Ip
Vp
Is
ILS
Vs Vs
H1
P: Primario (a) S: Secundario (a) LP: De linea primario (a) LS: De linea secundario
Ip
Is
VLS
X1 H1-H2 Terminales de alta N
X1-X2 Terminales de baja N: Neutro
H2
X2
Fig.17
Se suelen obtener derivaciones de una o ambas bobinas de un transformador según las necesidades.
A nivel industrial se utilizan transformadores trifásicos.
Nomenclatura para marcar terminales de bobinas
Se usa la norma ANSI.
H1
X1
H2 H3
X2 X3
H4
X4 SERIE
PARALELO
+ +
-
+
-
-
+
-
Conexión en serie
Conexión en paralelo
-
Terminal de alto voltaje se marca con una H y un subíndice.
-
Terminal de bajo voltaje se marca con una X y un subíndice.
-
H 1 H 2 y H 3
-
Si H es positiva, en la otra bobina lo será H .
-
X 1 X 2 y X 3
H 4 son ambas bobinas. 3
2
X 4 son bobinas de bajo voltaje.
Conociendo la polaridad se pueden conectar en serie o en paralelo. Regulación La regulación es una medida de cuento se cae el voltaje con una carga. Los pasos para calcular la regulación son: -
Identificar el voltaje nominal primario ( V P ).
-
Calcular I P a partir de los KVA nominales y de V P .
-
Encontrar Rep y X ep .
-
Determinar L para el factor de potencia especificado.
-
Calcular E P a partir del equivalente primario del transformador. E P
V P 0 E r L E X 90 L
Donde:
-
E r
I P R EP L
E X
I P X EP 90 L
Calcular % RT. % RT
E P
V P
V P
100
Eficiencia Es una medida de cuanta energía de la que se recibe de la red se deja entregar a una carga con un determinado factor de potencia debido a que hay pérdidas en el transformador. % EF
POT .SALIDA POT . ENTRADA
100
POT .SALIDA 100 POT . ENTRADA PERDIDAS
Potencia de salida = KVA de la carga x f p de la carga. Pérdidas = pérdidas en el núcleo + perdidas en el cobre. Ensayos de corto circuito y de circuito abierto Necesarios para los análisis de regulación y eficiencia. -
De la prueba de circuito abierto
Potencia leída ( P CA )= pérdidas en el núcleo ( P C ) P C : constante para cualquier carga.
-
De la prueba de cortocircuito
Potencia leída ( P CC ) = perdida total cobre ( P Cu ) 2
KVA L P CC P Cu KVA N 3. PROCEDIMIENTO Identificar las bobinas del transformador Encontrar la polaridad de las bobinas Fig. 19
Vp-Vs
Vp+Vs
V
V
Vp
Vs
a. Sustractivo
Vp
Vs
b. Aditivo
Fig.19 Interconectar las bobinas y obtener una relación de transformación de 1 Desconecte la carga y conecte un vatímetro en el primario, con el secundario abierto aplique voltaje nominal en el primario. Lea I ca y P ca Apague la fuente y lleva la perilla de voltaje a cero. Cortocircuite el secundario y suba lentamente el voltaje en el primario desde cero hasta que lea en los amperímetros corriente nominal. Lea V cc y P cc
4. RESULTADOS PRÁCTICA #5
VP= 32.74v VS1=32.74v VS2= 16.34v Relación de transformador
RT= ==1
Relación de tranformador
RT= ==1,06 Is: 2.82A Ip: 3A
V= VP +VS = 105.4 ADITIVO V=VP~ VS= 0.017 SUSTRACTIVO
Hallamos Po ; Io ; Vo V fuente: 110 v
Po: 10 w Io: 27.41 mA Vo: 109,1 V
Fuente: 21.34 v I: 9 A Perdida de cobre: 180 w
5. PREGUNTAS 5.1 Explique la diferencia entre un modelo ideal y un modelo real de transformador. Los transformadores ideales son unos aparatos sin perdidas puesto que mantienen una relación Vplp=Vsls, mientras que un transformador real tiene perdidas en sus bobinas, puesto que tiene una resistencia, resistencia que no tiene el transformador ideal 5.2 ¿Qué ocurre si se alimenta un transformador con DC? Para que se dé la inducción electromagnética entre las bobinas del transformador el campo magnético debe ser variable en el tiempo como lo es la corriente alterna (ley de faraday) la corriente DC genera un campo constante y la diferencia de potencia es cero
5.3 ¿Qué es un variac? Cuál es su mayor uso? Un variac es un transformador toroidal que tiene bobinada la última capa de forma de aparente como un gran reóstato, sobre esa capa que tiene el esmalte superficial de la parte superior quitado, desliza un contacto, variando el número de espiras de esa forma (mecánica como un reóstato, pero eléctrica como un tramo de espiras variables) puedes variar la tensión Entre las aplicaciones que tiene el Variac en el taller de reparaciones, está el de permitir la prueba de fuentes conmutadas (switched power supply), para verificar su buen funcionamiento, después de la reparación.
5.4Ya se ha dicho que utilizando tres transformadores monofásicos se hace un banco de transformación trifásico conectando en delta – estrella, estrella – delta, etc. ¿Si sólo se tienen dos transformadores monofásicos cómo se puede hacer una transformación trifásica?
Conectando en T o en V.
Practica N°6. SISTEMAS TRIFILARES MONOFASICOS Esquemas de conexiones.
Figura 1: Sistema con cargas balanceadas. cargas desbalanceadas. Análisis de resultados. Datos.
Tabla 1: Datos leídos en el laboratorio. Cálculos. Para el sistema balanceado. Para el circuito completamente cerrado:
Figura 2: Sistema con
Abriendo A:
Abriendo N:
Abriendo B:
Para el sistema desbalanceado. Para el circuito completamente cerrado:
Abriendo A:
Abriendo N:
Abriendo B:
Como se puede ver al comparar los resultados obtenidos analíticamente y los datos experimentales, las diferencias son de pocas cifras. Estos errores pudieron ser causados por descalibración en los equipos, por malos contactos en las instalaciones, entre otros, por lo cual no implican ningún problema con la teoría del tema. Respuestas a las preguntas. 1. En las instalaciones monofásicas trifilares el neutro se dimensiona dependiendo del tipo de carga (lineal o no lineal). Para el caso de las cargas lineales (resistivas) el calibre del neutro puede ser menor o igual al calibre de las fases puesto que la mayor cantidad de carga que puede circular por el conductor de neutro es la que puede soportar las fases, teniendo como premisa que en un sistema balanceado debe ser idealmente cero. Si se consideran cargas no lineales las cuales alteran las condiciones de frecuencia de la señal de entrada (computadores, balastas electrónicas, hornos de arco, UPS, entre otros), el calibre del conductor de neutro deberá ser sobredimensionado respecto al de las líneas de tal forma que soporte el aumento en la señal de corriente para evitar el sobrecalentamiento de los conductores. De acuerdo al RETIE actualización 2013, los conductores de neutro para sistemas con cargas no lineales deben ser dimensionados al 173% de la corriente de línea. 2. Esta aplicación se debe a que para sistemas monofásicos trifilares con cargas lineales balanceadas, la corriente que circula por el neutro es nula o despreciable, por lo tanto los fusibles deberán proteger contra sobrecorrientes las líneas las cuales conducen la corriente nominal del sistema. 3. Al iniciar el laboratorio se controló desde la fuente el voltaje y por medio de un amperímetro la corriente que este generaba tanto en el sistema balanceado como en el no balanceado, de esta forma se tenía un control directo sobre la corriente. En el procedimiento de la guía se da la recomendación de reducir el voltaje en el sistema desbalanceado debido a que este puede presentar mayor variación en la corriente del neutro y por ende un mayor riesgo de corto, sobrecalentamiento de conductores o fundición de bombillos (en la guía se implementan bombillos como carga pero en el laboratorio se implementaron reóstatos o resistencias variables). 4. En este tipo de carga (lineal resistiva desbalanceada) se genera una corriente por el neutro correspondiente a la corriente requerida por tres bombillos, esto no debería generar ningún problema si el conductor de neutro está dimensionado con el 100% de la corriente máxima de línea.
Conclusiones.
Al desconectar una de las líneas vivas del sistema todas las cargas que dependen de esta se salen del sistema quedando solo el circuito correspondiente a la línea viva que permanece conectada, y la línea neutra queda funcionando como el retorno principal del circuito. Al desconectar la línea neutra del sistema, el circuito sobrante se puede simplificar con una sola fuente cuyo voltaje es la suma de los dos voltajes independientes de cada línea y con una sola carga cuya impedancia es la suma de las dos impedancias independientes de cada línea.
PRACTICA 7 MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA, CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS Y MECÁNICAS, ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA, REGULACIÓN DE VELOCIDAD. OBJETIVOS:
Aprende a poner en marcha un motor DC conexión excitación independiente arrancándole a tensión reducidas. Controlar la velocidad del motor trabajando con cargas por los dos métodos: control por armadura (inducida), control por campo. Obtención de las siguientes características del motor: a. n= f( ) b. m= f ( ) c. M= f (n) = corriente de armadura n= velocidad (RPM) m= par en el eje. PROCEDIMIENTO: 1. Hacer el montaje correspondiente para arrancar el motor DC conexión excitación independiente, con instrumentos de medida. 2. Estando el motor en vació (sin carga mecánica), aumentar gradualmente la tensión hasta que le motor alcance su velocidad nominal. 3. Estando a velocidad nominal y en vació variar la velocidad del motor por encima y por debajo de la nominal mediante los dos métodos. 4. Apagar el motor y repetir numerales 1 y 2 pero con cargas. Estando en el voltaje nominal, aumentar gradualmente la carga para obtener las características mencionadas en el ítem 3 de los objetivos.
DATOS, CALCULOS Y MONTAJE: DATOS DEL MOTOR:
Potencia: 0,1Kw RPM: 1725
Corriente:0,87A Voltaje : 115V MOTOR SHUNT Ia
A
Ra
A
Iex
Rex
REALIZAR: 1. Con Ra = máx. hasta Ra = min Medida 1 2 3 4
(A) 0.11 0.108 0.094 0.073
(A)
n (RPM) 1485 1510 1670 2150
(A)
n (RPM) 2310 2428 2525
0,236 0,241 0,282 0,298
2. Con Rex = 0 hasta Rex = max Medida 1 2 3
(A) 0,24 0,24 0,15
0,266 0,246 0.22
MONTAJE CON ACOPLE DE FRENO PONY: Ia
A
A
Iex
Rex
Ra
3. Con Ra = máx. Medida
Carga (lb.)
(A)
(A)
n (RPM)
1
0
0,8
0,317
1628
2
3
1,3
0,29
1556
3
3,5
1,8
0,285
1533
4
4
2,1
0,277
1488
5
4,5
2,4
0,263
1455
6
5
2,6
0,255
1425
7
5,5
2,8
0,255
1320
8
6
2,9
0,22
1298
7.4 PREGUNTAS 1. Qué ocurre en el motor de CC si súbitamente se desconecta la excitación? demuéstrelo Como la excitación se cortó repentinamente, la expresión v – IaRa se vuelve cero, por lo tanto el denominador de la expresión n = v – IaRa , ( K ) también tiende a K
cero y por lo tanto la velocidad “n” tiende a infinito. 2. Enumere algunos sistemas para variar la velocidad de un motor CC.
Como n = v – IaRa donde K es una cte., se puede variar la velocidad del motor K Cambiando Ia, Ra, 3. En el momento de arranque, el reóstato de la excitación debe estar en cero. Por qué? En este caso, los reóstatos funcionan como una resistencia al paso de la corriente, por esta razón debe estar en cero, asegurando que no exista ningún tipo de resistencia para la corriente que acciona el motor, dando vía libre al encendido. Así, después de que el motor esté en funcionamiento, el reóstato se regula gradualmente el paso de la corriente para disminuir o aumentar la velocidad (RPM) del motor. 4. ¿Cuál es el objeto del arrancador? Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la +armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que podría dañar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es el uso de una resistencia de encendido (arrancador) conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automática. 5. Si se intervienen simultáneamente las conexiones del campo e inducido, ¿qué sucede con el sentido del giro? El sentido de giro cambia, queriendo decir esto que si giraba en sentido de las manecillas del reloj, cambia en sentido contrario de las manecillas del reloj y viceversa. 6. ¿Qué importancia tiene la característica m=f(n) donde m= para electromagnético – n= velocidad. Tiene mucha importancia ya que a mayor carga (M), mayor corriente pide el motor y si no obtiene la corriente necesaria se puede ver disminuida la velocidad.
PRACTICA Nº 8 MOTORES TRIFÁSICOS
MARCO TEORICO
De inducción asincrónico. Sincrónico. Los motores asincrónicos han adquirido amplia difusión gracias a sus cualidades siguientes: bajo costo del motor, sencillez de construcción, seguridad, alto rendimiento y bajo costo del grupo convertidor en forma de transformador. Los motores sincrónicos ofrecen las siguientes ventajas: la velocidad es constante, el factor de potencia está controlado fácilmente por el campo de excitación y este puede hacerse adelantando para corregir otras cargas atrasadas. El motor de inducción cuando gira, el deslizamiento, la cantidad (ns – n) / ns es conocida como el deslizamiento. El deslizamiento de la velocidad relativa entre el fluido magnético giratorio y el rotor como una fracción de la velocidad sincrónica (ns). Ns= (120 x f) / P f=frecuencia (60Hz) P= número de polos del estator CÁLCULOS Y DATOS
Para los dos motores dados se toman los siguientes datos: -
V I n(RPM)
-
MOTOR 1
Datos del motor RPM = 1725 V nominal= 208 V I nominal = 1.54
Sin Carga Dato 1
Dato 2
Dato 3
Dato 4
Dato 5
V(1-2)
18.22
32.6
103.0
157.0
204.4
V(2-3)
17.6
31.9
101.8
156.0
203.1
V(3-1)
18.1
32.5
102.0
156.3
203.7
I (A)
0.35
0.42
0.51
0.79
1.2
N (RPM)
1400
1620
1695
1683
1705
Con carga Dato 1
Dato 2
Dato 3
V(1-2)
203.4
203.4
203.4
V(2-3)
203.6
203.6
203.6
V(3-1)
203.5
203.5
203.5
I (A)
1.04
1.54
1.8
N (RPM)
1690
1650
1602
Carga (Lb)
1.04
1.54
1.8
MOTOR 2 Datos del motor RPM = 1800 V nominal= 208 V I nominal = 2.54
Sin Carga Dato 1
Dato 2
Dato 3
V(1-2)
106
156
202
V(2-3)
105
154
200
V(3-1)
105
155
201
I (A)
0.6
1.0
1.66
N (RPM)
1778.3
1788
1780
