LAB 1 Trifásicos(2013)

MEDIDAS ELÉCTRICAS Laboratorio 1

ANÁLISIS FASORIAL EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

“

”

2013 - I PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

TECSUP

Laboratorio de Medidas Eléctricas

PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

Lab. 1 – Lab.

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– Lab. 1

“ANÁLISIS FASORIAL EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS” OBJETIVOS: 1. Medir parámetros eléctricos en circuitos trifásicos, equilibrados y desequilibrados, utilizando la interfaz de adquisición de datos. 2. Utilizar el cálculo fasorial en el análisis de sistemas eléctricos trifásicos. 3. Construir diagramas fasoriales, determinando los errores relativos porcentuales de las mediciones.

FUNDAMENTO TEÓRICO: En una carga equilibrada conectada en estrella las corrientes en las líneas y en las fases son iguales. La corriente en el neutro es cero y la tensión compuesta entre líneas es √3, mayor que la tensión simple de fase, es decir: ULínea = √3 UFase. En una carga equilibrada conectada en triángulo la tensión compuesta entre líneas y la simple de fase son iguales y la corriente en la línea es √3 veces mayor que la corriente en la fase, es decir: ILínea = √3 IFase. En una carga desequilibrada conectada en estrella ,

con 4 conductores circulará corriente por el neutro; la tensión en cada una de las impedancias permanecerá constante con el valor de la tensión simple de fase o línea a neutro. Las corrientes de línea serán diferentes y no estarán desfasadas 1200 entre ellas como en el caso de las cargas equilibradas. Para resolver problemas de circuitos trifásicos, conectados en triángulo y con cargas desequilibradas, primero se calculan las corrientes de fase y luego se aplica la 1ª Ley de Kirchhoff (ley de nodos o ley de corrientes) a los nodos del circuito para obtener las tres corrientes de línea. Estas tres corrientes no tendrán la misma magnitud ni estarán desfasadas 1200 entre ellas como en el caso de las cargas equilibradas. Para complementar el aprendizaje de este tema se sugiere que lea:

“Teoría y problemas de circuitos eléctricos”. Joseph Edmin ister. Ed. McGraw-Hill. De la página 195 a 201.

“Medidas Eléctricas”. Texto del curso. Ed. TECSUP. De la página 12 a 17 (Unidad II).


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EQUIPOS Y MATERIALES: Cantidad 01 01 01 01 01 01 12

Descripción Fuente de alimentación trifásica Interfaz de adquisición de datos Computadora Carga resistiva Carga inductiva Multímetro digital Cables de conexión

Marca LABVOLT LABVOLT LENOVO LABVOLT LABVOLT FLUKE

Modelo

Observación

9062,9063

EN ESTE LABORATORIO TRABAJARÁ CON TENSIONES PELIGROSAS. NO MODIFIQUE NI HAGA NINGUNA OTRA CONEXIÓN, SALVO QUE SU PROFESOR LO AUTORICE. ANTES DE ENERGIZAR, SOLICITE LA AUTORIZACIÓN A SU PROFESOR.


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PROCEDIMIENTO: A. CONEXIÓN DE CARGA EQUILIBRADA CONECTADA EN TRIÁNGULO : 1. Seleccione dos módulos: resistivo, inductivo. Solicite al profesor los valores de resistencia y reactancia con los que trabajará, según la tabla 1.1. Resistencia ()

Reactancia inductiva ()

R=

XL =

Tabla 1.1 Valores de resistencias y reactancias. 2. Conecte los módulos resistivo e inductivo en triángulo, como se aprecia en la figura 1.1: XL

R XL

R

R

XL

Figura 1.1 Conexión triángulo de cargas resistivas e inductivas. 3. Conecte la carga equilibrada en triángulo a la fuente de alimentación variable, con los instrumentos correspondientes, pero no encienda la fuente. Fuente AC variable

L1

R

AR R URS

Regulador de tensión

XL

XL

R

UTR

L2

AS

T R

UST

L3

S XL

AT

Figura 1.2 Fuente de alimentación conectada a la carga en triángulo equilibrada. A continuación se muestra un esquema pictórico del circuito anterior:


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4. En este paso aún no encienda la fuente de alimentación. Tomando como referencia la figura 1.2, calcule las tensiones de línea y las corrientes de línea en la carga conectada en triángulo, asumiendo que la tensión de la fuente es 120 V (tensión compuesta de alimentación). Anote los resultados en la tabla 1.2: VALORES CALCULADOS Tensiones de línea

Corrientes de línea

URS =

IR =

UST =

IS =

UTR =

IT =

Tabla 1.2 Valores calculados.

LLAME AL PROFESOR PARA QUE REVISE SU CIRCUITO Y SUS CÁLCULOS.

5. Encienda la fuente de alimentación y aumente la tensión de salida a 120 V (tensión compuesta de alimentación). 6. Mida las tensiones y corrientes indicadas en la figura 1.2 y anote estos valores en la tabla 1.3. VALORES MEDIDOS Tensiones de línea


URS =

IR =

UST =

IS =

UTR =

IT =

Tabla 1.3 Valores medidos. 7. 8. 9. 10.

Reduzca la tensión a cero y desconecte la fuente de alimentación. Construya los diagramas fasoriales de tensiones y corrientes (teóricos y medidos), indicando los valores angulares. Justifique con cálculo fasorial. Analice el diagrama fasorial, Interpretando y explicando el comportamiento de los circuitos eléctricos. Determine los errores cometidos, analice y explique las divergencias encontradas.


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B. CONEXIÓN DE CARGA EQUILIBRADA CONECTADA EN ESTRELLA : 1.

Seleccione tres módulos: resistivo, inductivo y capacitivo. Solicite al profesor los valores de resistencia y reactancia con los que trabajará, según la tabla 1.4. Resistencia ()

Reactancia inductiva ()

R=

XL =

Reactancia capacitiva () XC =

Tabla 1.4 Valores de resistencias y reactancias. 2. Conecte los módulos resistivo e inductivo en estrella, como se aprecia en la figura 1.3: R

XL

R

XL

R

XL

Figura 1.3 Conexión estrella de cargas resistivas e inductivas. 3.

Conecte la carga equilibrada en estrella a la fuente de alimentación variable, con los instrumentos correspondientes, pero no encienda la fuente. Fuente AC variable

L1

AR VRS

VTR

VR

L2 Regulador de tensión

AS VST

VS

L3

AT

R

R

XL

S

R

XL

T

R

XL

N

VT

N

AN

Figura 1.4 Fuente de alimentación conectada a la carga en estrella equilibrada. 4.

En este paso aún no encienda la fuente de alimentación. Tomando como referencia la figura 1.4, calcule las tensiones de línea y las corrientes de línea en la carga conectada en triángulo, asumiendo que la tensión de la fuente es 120 V (tensión compuesta de alimentación). Anote los resultados en la tabla 1.5: VALORES CALCULADOS Tensiones de línea

Tensión de fase


URS =

UR =

IR =

UST =

US =

IS =

UTR =

UT =

IT =

Tabla 1.5 Valores calculados.


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A continuación se muestra un esquema pictórico del circuito anterior:


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LLAME AL PROFESOR PARA QUE REVISE SU CIRCUITO Y SUS CÁLCULOS.

5. 6.

Encienda la fuente de alimentación y aumente la tensión de salida a 120 V (tensión compuesta de alimentación). Mida las tensiones y corrientes indicadas en la figura 1.2 y anote estos valores en la tabla 1.3. VALORES MEDIDOS Tensiones de línea

Tensión de fase


URS =

UR =

IR =

UST =

US =

IS =

UTR =

UT =

IT =

Tabla 1.3 Valores medidos. 7. 8.

Reduzca la tensión a cero y desconecte la fuente de alimentación. Construya los diagramas fasoriales de tensiones y corrientes (teóricos y medidos), indicando los valores angulares. Justifique con cálculo fasorial. 9. Analice el diagrama fasorial, Interpretando y explicando el comportamiento de los circuitos eléctricos. 10. Determine los errores cometidos, analice y explique las divergencias encontradas. 11. Explique cómo podría determinar el valor de una reactancia y de una inductancia.

…………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………


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ANEXO


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GUÍA PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS POR PC

1. OBJETIVOS        

Familiarizarse con el manejo de la interfaz de datos Lab-volt. Medir tensión eléctrica empleando módulo de adquisición de datos LAB VOLT. Elaborar una tabla de los valores medidos. Realizar gráficos con los valores de la tabla elaborada. Obtener el diagrama fasorial de tensiones de un suministro trifásico. Obtener la forma de onda de las tres tensiones de un suministro trifásico. Obtener el espectro de armónicos de una señal eléctrica. Grabar en un archivo los datos obtenidos.

2. EQUIPOS        

Fuente de alimentación Lab-Volt (EMS 8821-10). Interfaz adquisición de datos Lab-Volt (9062-12). Conector USB. 4 conductores de 2 mm. PC personal o portátil (que tenga instalado el software LVDAM-EMS). Fuente de alimentación auxiliar AC: 24 V; 3 A; Lab –Volt 30004-10. Cable de alimentación a interfaz de adquisición de datos. Cables de conexión.

3. INTRODUCCIÓN Con la finalidad de agilizar la toma de datos, facilitar el análisis de la operación y funcionamientos de máquinas eléctricas y demás circuitos eléctricos; se empleará una interfaz que medirá las magnitudes eléctricas de tensión y corriente, así como las magnitudes mecánicas de torque y velocidad. Estos datos serán enviados a una PC personal o portátil, mediante el software LVDAM-EMS. Este software permitirá realizar operaciones complementarias con los valores medidos, como es el de la impedancia, factor de potencia, cálculo de las potencias eléctricas activa, reactiva y aparente. De la misma manera se calculará la potencia al eje de un motor y su eficiencia. Esta interfaz es una poderosa herramienta, que servirá de gran ayuda para cumplir con los objetivos del curso de máquinas eléctricas. Esta interfaz requiere de una alimentación de 24 VAC, por lo cual se emplea adicionalmente una fuente auxiliar (LAB – VOLT 30004-10). Cabe indicar que los valores máximos a medir son 400 V y 12 A. Las magnitudes de torque y velocidad la tomaran del módulo de freno LABVOLT. Las señales de tensión y corriente que llegan al computador pueden ser visualizados en un simulador de osciloscopio. Así mismo se puede obtener el espectro de los armónicos presentes, indicando su magnitud, hasta la 40ª Armónica.


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4. PROCEDIMIENTO 4.1.

Puesta a tierra: Para ello identifiquemos los terminales de tierra, en la interfaz y en la fuente de alimentación EMS 8821-10, ambos son de color verde. Luego conecte ambos terminales empleando el cable rojo de 2 mm.

4.2.

Conecte el terminal USB desde el interfaz de adquisición de datos al, terminal USB de la computadora.

4.3.

Conecte la fuente de alimentación auxiliar a la salida de tomacorriente de 120 V, que se encuentra en la fuente EMS 8821-10.

4.4.

Energice la fuente de alimentación EMS 8821-10.

4.5.

Para energizar la interfaz, conecte la salida de 24 VAC de la fuente auxiliar a cualquiera de las dos entradas nombradas como, alimentación de baja potencia, para ello emplee el cable de alimentación. Luego, cierre el interruptor de la fuente auxiliar y compruebe que la lámpara verde que in dica “en marcha” se encienda.

4.6.

Arranque la computadora, e ingrese al programa LVDAM-EMS.

4.7.

En la pantalla deberá presentarse la siguiente ventana.

4.8. Para visualizar en la pantalla, las lecturas de los instrumentos de medición de tensión y corriente, seleccione la opción, aparatos de medición, en la barra de herramientas.


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Aparatos de medición

4.9. Después de la selección, aparecerá la pantalla siguiente:

4.10. En la barra de herramientas elija la opción, regeneración continua, a fin de obtener las lecturas, en línea.

Regeneración continua

4.11. En el módulo, interfaz adquisición de datos, reconozca los terminales de medición de tensión E1, E2 y E3. 4.12. Verifique, que la perilla de la fuente variable EMS 8821-10 se encuentre en el valor mínimo (cero voltios). 4.13. Para visualizar la magnitud de tensión entre los terminales 4-N de la fuente EMS 8821-10, conectar los terminales de “E1”, de la interfaz de adquisición de datos, a los terminales 4-N.


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4.14. Varíe la tensión entre los terminales 4-N, con la perilla de la fuente variable hasta obtener 120 VAC. 4.15. La lectura de la medición de tensión aparecerá en la pantalla, como se muestra a continuación.

4.16. Luego, reduzca a cero la tensión a la salida de 4-N. 4.17. Para obtener también, la lectura de tensión a la salida de 5-N y 6-N, conecte los terminales “E2” a los bor nes de salida 5-N, así mismo conecte los terminales “E3” a los bornes de salina 6- N. Como uno de los terminales de “E1”, “E2” y “E3” se conectan al borne N, modifique el cableado utilizando un puente entre “E1”, “E2” y

“E3”.

4.18. Solicite al instructor, que verifique las conexiones y autorice a continuar el procedimiento. 4.19. Con la perilla en la fuente EMS 8821-10 lleve, la tensión hasta que en la pantalla indique 120 V en las tres fases. 4.20. Se debe apreciar una pantalla similar a la siguiente:


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4.21. Para presentar las lecturas en una tabla de datos, seleccione en la barra de herramientas la opción, tabla de datos.

Tabla de datos

4.22. En la pantalla aparecerá una ventana, similar a la siguiente:

4.23. Seleccione opciones y luego, parámetros de registro. Deberá presentarse la siguiente pantalla:

En opciones, seleccionar parámetros de registro

4.24. Luego, en la ventana de parámetros de registro, elija Meter E1, Meter E2 y Meter E3.


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4.25. Luego seleccione en la barra de herramientas, la opción guardar datos.

Guardar datos

4.26. Varíe la tensión a 80 V, y luego elija, tomar datos. 4.27. A continuación, varíe la tensión a 40 V y proceda como en 2.25. 4.28. En la barra de herramientas, seleccione gráfico.

Gráfico

4.29. En pantalla aparecerá la siguiente ventana:

4.30. Elija “E1”, para obtener el gráfico del comportamiento de la tensión E1. 4.31. Seleccione la opción imprimir en la barra de menú.


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4.32. Finalmente grabe los datos, de la tabla. Elija el subdirectorio donde grabará los datos y el nombre del archivo. 4.33. Estos valores medidos se pueden apreciar de manera fasorial, para ello en la barra de herramientas, seleccione, analizador de fasores.

Analizador de fasores

4.34. En la pantalla se presentará la siguiente ventana.

4.35. A continuación, en la ventana de “Volta ge” elegir la escala 50 V/div, seleccionar

“E1”, “E2” y “E3”. Luego seleccionar la opción de regeneración continua. A continuación se tendrá una pantalla como la siguiente:


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Regeneración automática

4.36. Cambie la referencia. Elija E2 como referencia. 4.37. Las tres magnitudes de tensión también se pueden visualizar como ondas, según

como varíe su magnitud en el tiempo. Seleccione “osciloscopio”.

Osciloscopio

4.38. A continuación aparece la siguiente ventana:


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4.39. En esta ventana siga los siguientes pasos: En la entrada al canal 1 (X) seleccione

“E1”, para la entrada del canal 2 (Y) seleccione “E2” y para la entrada del canal 3 seleccione “E3”. Elija la sensibilidad vertical de cada canal en 50 V/div. En la base de tiempos elija 1.66667 ms/div. 4.40. Seleccione la opción de regeneración continua, para que la medición sea en línea. En la pantalla se debe obtener la siguiente ventana:

4.41. Con el clic derecho del ratón, sobre Can1 (X), seleccione fondo de pantalla y cámbiele de color. De la misma manera, seleccione el canal 3 y cámbiele también el color. 4.42. Para visualizar el espectro de armónico de las señales medidas, seleccione la opción de analizador de armónicos.


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Analizador de armónicos

4.43. Aparecerá en pantalla la siguiente ventana:

4.44. Sobre esta pantalla, seleccione en la entrada, “E1” y luego regeneración continua.

4.45. Reduzca a cero la tensión de la fuente EMS 8821-10. 4.46. Cierre la pantalla de armónicos, fasores y osciloscopio. 4.47. Cierre la ventana de mediciones y luego el programa. 4.48. Apague la fuente auxiliar y la fuente de alimentación EMS8821-10.


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4.49. Desconecte el cableado, y la conexión a tierra. 4.50. Retire el cable de alimentación a la fuente auxiliar. 4.51. Desconecte el cable de alimentación a la fuente EMS 8821-10. 4.52. Entregue al instructor el cable de conexión USB, el cable de conexión de 2 mm, el cable de alimentación a la interfaz. 4.53. Verifique que todo se encuentra ordenado.


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