Lab14 Potencia en Ac 2010-2 16_completo

Nro. DD-106 Página 1/19

Potencia Trifásica

Electrotecnia INFORME N° 03 “Potencia en AC Y TRIFASICOS”

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N ota

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C3 G rupo Tercer Tercer Ci clo 24/04/ 24/04/2018 2018

A

Potencia Trifásica


I. Objetivos  

Determinar la potencia activa, reactiva y aparente en corriente alterna. Determinar triángulos de impedancias, tensiones y potencias.

II. Material y Equipo     

1 Circuito de ensayo Multímetro digital. Resistencias 150  Bobinas 4.4 H Condensadores 2.2 uF

III. Fundamento Teórico 1. Desplazamiento de fases entre la corriente y la tensión en la bobina y condensador.

2. Potencia Promedio y Factor de Potencia  



Si tomamos el caso general para las ecuaciones de voltaje y corriente:

 =  sen( + )  =  sen( +  ) Cuando queramos calcular la potencia = se pude demostrar que se obtendrá:  = [2 cos( − )]− [2 cos(2+ + )] Observe que el segundo factor en la ecuación es una onda coseinodal con frecuencia el doble de la de la corriente o voltaje y amplitud V maxImax/2. El valor promedio de ese término es cero durante un ciclo, no generando transferencia neta de energía en cualquier dirección.

Potencia Trifásica 

  



  


El primer término de la ecuación posee una magnitud constante (no depende del tiempo) y por ello proporcionará cierta transferencia neta de energía. Este término se denomina Potencia Promedio, siendo el resultado de obtener el promedio de todo un ciclo de la ecuación original. La potencia promedio, también llamada potencia real, es la potencia entregada a la carga y disipada por ésta. Corresponde a la que se calcularía en el análisis de circuitos DC. El ángulo Өv – Өi es el ángulo entre la corriente y el voltaje, no importando cuál va adelantado pues al obtener el coseno da lo mismo que el ángulo sea negativo o positivo. Para un ángulo genérico entre voltaje y corriente, tendremos que:

 = 2 cos en Watts. Cambiando por voltaje y corriente eficaz, tendremos:  =   cos

En el circuito resistivo puro Ө=0 , por lo que cos(Ө) = 1 y por tanto P = V eficaz Ie ficaz (en Watts) En los circuitos inductivo y capacitivo P = 0, es decir, no disipan potencia (sólo la almacenan desde la fuente en un semiciclo y la devuelven en el siguiente). Como puede verse en el siguiente gráfico, en el circuito resistivo puro la potencia será una onda senoidal del doble de frecuencia, con un promedio en P = V eficaz Ie ficaz



En el caso de inductancias o capacitancias, la potencia estará centrada en cero, por lo que no disipará potencia sino que la recibirá y devolverá a la fuente.



De la ecuación mostrada se puede ver que cos Ө es un factor importante para determinar el nivel de potencia entregado. Este término se denomina Factor de Potencia (F P) Para una carga puramente resistiva el F. de P. será 1, mientras que para una capacitiva o inductiva será 0. Mientras más reactiva sea la impedancia total, más cercano estará a cero. Podemos escribir la ecuación del Factor de Potencia como:

 

 

 = cos= 

Las redes capacitivas tendrán F P adelantado y las inductivas tendrán F P atrasado. La potencia promedio o potencia real también se denomina Potencia Activa (P). Tendremos además la Potencia Reactiva Q (aquella que se recibe y devuelve en las reactancias) y la Potencia Aparente S como la suma vectorial de ambas. La figura siguiente muestra un caso genérico de Impedancia en el que la potencia no está centrada ni en la promedio ni en cero. El

Potencia Trifásica


trabajo de compensar el Factor de Potencia apunta a obtener la máxima transferencia de potencia desde la fuente, al reducir al máximo la potencia reactiva.

 

La Potencia Aparente S está determinada, simplemente, por el producto de corriente y voltaje. Las unidades utilizadas serán el Wattio para la Potencia Activa, el Voltio-Amperio (VA) para la potencia aparente y el Voltio-Amperio Reactivo (VAR) para la potencia reactiva.

3. Triángulo de Potencia. 





Las tres cantidades, Potencia Activa, Aparente y Reactiva, se relacionan en el dominio vectorial pues S = P + Q, es decir, S = P + jQL para bobina y S = P – jQC para capacitancia.

Si una red tiene elementos capacitivos e inductivos, el componente reactivo estará determinado por la diferencia entre la Potencia reactiva entregada a cada una de ellas. Cuando QL > QC el triángulo resultante será Inductivo, y viceversa. Se puede demostrar que en un circuito serie, paralelo o combinación de ambos la Potencia Activa total del circuito será la suma de las potencias Activas de los componentes. Similarmente la Potencia Reactiva total del circuito será la suma de las potencias reactivas de los componentes. Sin embargo la Potencia Aparente total no será la suma de las potencias aparentes y deberá ser calculada a partir de las potencias Activa y reactiva totales.

IV. Procedimiento 1. CIRCUITO RLC combinado Realizar el circuito según el esquema eléctrico 

Bobina 4.4 H

Resistencia 150  Condensador 2.2 μF  Colocar la tensión alterna sinusoidal u =12V / 60Hz  Recuerde que: 

f  Hz L  H XL, XC  


Potencia Trifásica X C

1 



wC

1 

X L



wL



fL 2

2 fC

El Voltaje VC será igual a la suma vectorial de V R y VL, la corriente I L será igual a I R

Completar la tabla con sus respectivas unidades: Medidos R V VR VL VC 1.5K 220.6 173.8 208 110.5

IC 114

IR 111

Calculados XL XC

Calcular la potencia Activa y Reactiva para cada uno de los elementos, incluyendo ángulo y unidades: Coloque aquí sus cálculos

Potencia Trifásica

Xc= Xl=2(3.14)*60* S=V.I = 173.8*111 = 1929.8 S=V.I = 208*114 = 23712 S=V.I =110.5*111 =12265.5

=

Q= V.I .senϴ =173.8*111senϴ =1929.8 Q= V.I .senϴ =208*-114senϴ = 29952 Q= V.I .senϴ = 110.5*111 senϴ =12265.5



Potencia Trifásica   

Resistencia: Potencia Activa ( Inductancia: Potencia Activa ( Capacitancia: Potencia Activa (

) ) )

Potencia Reactiva ( Potencia Reactiva ( Potencia Reactiva (

) ) )

Repita el procedimiento con otros dos valores de Capacitancia:

Completar la tabla con sus respectivas unidades: Medidos R V VR VL VC 1.5K 220.6 193. 227.3 224.9

IC 123

IR 124

Calculados XL XC



Potencia Trifásica

Xc= Xl=2(3.14)*60* S=V.I = 193*124 = 23932 S=V.I = 227.3*123 = 27957.9 S=V.I =224.9*124 =27887.6



Resistencia:

= Q= V.I .senϴ =193*124senϴ =23932 Q= V.I .senϴ =227.3*123senϴ = 27957.9 Q= V.I .senϴ = 224.9*124 senϴ =27887.6

Potencia Activa (

)

Potencia Reactiva (

)


Potencia Trifásica  

Inductancia: Potencia Activa ( Capacitancia: Potencia Activa (

) )

Completar la tabla con sus respectivas unidades: Medidos R V VR VL VC 1.5K 220.6 125.5 154.7 317.9

Potencia Reactiva ( Potencia Reactiva (

IC 82

IR 81

) )

Calculados XL XC



Potencia Trifásica

Xc= Xl=2(3.14)*60* S=V.I = 125.5*81 = 10165.5 S=V.I = 154.7*82 = 12685.4

= Q= V.I .senϴ =125.5*81senϴ =101165.5 Q= V.I .senϴ =154.7*82senϴ = 12685.4 Q= V.I .senϴ = 317.9*81 senϴ =25744.4

S=V.I =317.9*81 =25744.4

  

Resistencia: Potencia Activa ( Inductancia: Potencia Activa ( Capacitancia: Potencia Activa (

) ) )

Potencia Reactiva ( Potencia Reactiva ( Potencia Reactiva (

) ) )

Calcule la Potencia Total Activa, Reactiva y Aparente para cada uno de los tres casos, con unidades.

Circuito 1 C= 2.7μF

PTotal =

XTotal =

STotal =

Circuito 2 C= 1.5 μF

PTotal =

XTotal =

STotal =


Potencia Trifásica Circuito 3 C= 0.68 μF

PTotal =

XTotal =

STotal =

PARTE 2

CIRCUITO TRIFASICO I.

OBJETIVOS   

II.

Observar el comportamiento de los circuitos trifásicos en conexión estrella y triángulo. Realizar el cálculo de la potencia trifásica en conexión estrella y triángulo. Medir y diferenciar las tensiones de la red trifásica.

MATERIALES   

Módulo de entrenamiento IS – A. Fuente de corriente alterna trifásica 38 V – N, 60 Hz. Multímetros.

Seguridad en la ejecución del laboratorio

Tener cuidado con el tipo y niveles de voltaje que manipula.

Antes de utilizar el multímetro, asegurarse que esta en el rango y magnitud eléctrica adecuada.

Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados.


Potencia Trifásica III.

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. Aquí se observa que: L1 L2 L3 N

38 V / 22 V, 60 Hz

U

I3 = IW

I1 = IU

I2 = IV

IN

R

U linea I linea





3 U fase

L N

I fase

L W

Carga simétrica conectada en triángulo (

L R

R

V

 ).

En la conexión triángulo, el final de una carga individual está conectado en el inicio de la otra carga individual.Aquí se observa que: L1 L2 L3 N

38 V / 22 V, 60 Hz

I3

I1

I2

U

I linea U linea





L

R

3 I fase

IWU

U fase

L

IUV

R

IVW

W

R

L

V

Laboratorio de Electricidad N°14 Potencia en AC IV.

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PROCEDIMIENTO

Realice el circuito conexión estrella según el esquema eléctrico en el cual la carga es simétrica. R = 1 kΩ

Conecte la fuente trifásica de 38 V-N, 60 Hz. Complete las siguientes tablas.

UL1-2= 270.2 V

I1= 146 mA

IUV= 255 V

I 1 / I

UV = 0.57V

UL2-3= 270.5 V

I2=142 mA

IVW= 254 V

I 2 / I

VW =

UL3-1= 272.4 V

I3= 148 mA

IWU = 146 V

I 3 / I WU = 1.01V

Ifpromedio= 218.33 V

I prom. / I 0.67V

ULpromedio= 271.03V Ipromedio=145.3 Corriente de neutro IN =

145mA

mA

0.56V

f

prom.

=

Laboratorio de Electricidad N°14 Potencia en AC


Responda: ¿Qué relación hay entre IL y IF?

La relación entre la tensión de línea y la tensión de fase es:

 = √3 ¿Qué relación hay entre VL y VF?

La relación entre el voltaje de línea y la tensión de fase es:

 = √3



Realice el circuito conexión Delta según el esquema eléctrico en el cual la carga es simétrica. R = 1 KΩ

Conecte la fuente trifásica de 38 V-N, 60 Hz. Complete la siguiente tabla. Corriente de línea

Corriente de fase

UL1-2= 270.1 V

I1= 435 mA

IUV= 252mA

I 1 / I

UV = 1.73mA

UL2-3= 271.7 V

I2= 428 mA

IVW= 251mA

I 2 / I

VW =

UL3-1= 271.9 V

I3= 433 mA

IWU = 253 mA

I 3 / I WU = 1.71mA

ULpromedio= 271.23

Ipromedio= 432

Ifpromedio=252mA

I prom. / I 1,71mA

mA

1.71 mA

f

prom.

=



¿Qué relación hay entre IL y IF?

La relación entre la tensión de línea y la tensión de fase es:

 = √  ¿Qué relación hay entre VL y VF?

La relación entre el voltaje de línea y la tensión de fase es:

 = √ 



UL1-2= 133.8

I1= 144

IUV= 253

I 1 / I

UV = 0.57

UL2-3= 138.4

I2= 146

IVW= 252

I 2 / I

VW =

UL3-1= 272.4

I3= 147

IWU = 253

I 3 / I WU = 0.58

ULpromedio= 181.5

Ipromedio= 145.67

Ifpromedio= 252.67

I prom. / I f prom. = 0.58

0.58

V. Conclusiones: V.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 1. OBSERBACIONES   

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



Se denomina líneas a los conductores (a, b, c), que unen a la fuente con la carga. Nuestro análisis se limita a los sistemas en estado estacionario sinusoidal Cuando el conjunto de voltajes trifásicos presenta la misma amplitud y frecuencia, pero están desfasados entre ellos 120º, se dice que es una fuente equilibrada o balanceada. En estos casos la suma de las tres tensiones de fase es igual a cero. El funcionamiento y construcción de los generadores se analizan en la asignatura "Máquinas e Instalaciones Eléctricas". La corriente de línea es la que circula por los conductores. La tensión de línea es la que existe entre dos conductores. La corriente o tensión de fase es la correspondiente a cada elemento del sistema. En la conexión Y, la corriente de fase coincide con la corriente de línea. En la conexión D, la tensión de fase coincide con la tensión de línea. En un sistema real hay que considerar las impedancias asociadas a los devanados y conductores. En la conexión Y existe un cuarto conductor que se denomina neutro. La diferencia de tensión entre el neutro de la carga y el neutro del generador es cero para circuitos trifásicos equilibrados Al momento de realizar los cálculos pudimos notar que los valores no precisamente coincidían con los valores teóricos que tenemos presentando un margen de error. Se vio que se tenía mucho cuidado al realizar la experiencia ya que se estaba trabajando con corriente trifásica Al realizar las mediciones con los multímetros se debió colocar en magnitudes y rangos adecuados para no dañar el instrumental. Se debió diseñar una versiones de los circuitos delta y estrella que se adapte a la forma del PROTOGUARD para poderlos utilizar. Se realizó un prueba la cual consistía en desconectar el neutro en el circuito estrella lo que se pudo notar es que no hubo un cambio brusco en las mediciones.



2. CONCLUSIONES 



 

 

Al usar las herramientas facilitadas en el laboratorio de máquinas para analizar y observar el respectivo funcionamiento del sistema trifásico, se lograron mejorar nuestras habilidades para identificar las características de las conexiones trifásicas, las cuales son la conexión delta y la conexión estrella. En cada caso se pudo apreciar las variaciones de la corriente y la tensión cuando se tenía el sistema en equilibrio. Al usar las herramientas facilitadas en el laboratorio de máquinas para analizar y observar el respectivo funcionamiento del sistema trifásico, se lograron mejorar nuestras habilidades para identificar las características de las conexiones trifásicas, las cuales son la conexión delta y la conexión estrella. En cada caso se pudo apreciar las variaciones de la corriente y la tensión cuando se tenía el sistema en equilibrio. 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 instrumento Se pudo verificar que la tensión de línea en un circuito trifásico corresponde al valor dela tensión entre fases multiplicado por un factor √3, tal como la teoría lo menciona. En esta experiencia también se pudo comprobar que una la corriente que pasa por la fase de una carga será la misma que la corriente que atraviesa los puntos o conductores de línea.

 

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.

 

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  

Se pudo verificar que la tensión de línea en un circuito trifásico corresponde al valor de la tensión entre fases multiplicado por un factor , tal como la teoría lo menciona. En esta experiencia también se pudo comprobar que una la corriente que pasa por la fase de una carga será la misma que la corriente que atraviesa los puntos o conductores de línea. Ya que los voltajes de las tres fases del circuito son iguales en amplitud pero desfasados en el tiempo, y también las tres corrientes del circuito son iguales en amplitud pero desfasadas en el tiempo 120°, en un circuito trifásico balanceado; únicamente se hizo necesario obtener los datos de una sola fase (preferentemente la fase a que es la que comúnmente se toma como referencia) para así poder calcular los datos de las demás fases a partir de esta. En situaciones en donde se tiene un circuito con la fuente, la carga o ambas en forma de delta se pueden utilizar transformaciones de delta a Y para que quede en forma de Y-Y. Pudimos verificar que cuando las cargas están balanceadas es posible simplificar el análisis de un sistema trifásico representando el circuito trifásico con un circuito equivalente por fase. En la práctica, la energía se distribuye a una carga por medio de una línea de tres hilos a partir de una estación generadora trifásica equilibrada. No hay razón para creer que la línea de transmisión de tres hilos del generador a la carga no esté equilibrada.


HOJA DE EVALUACIÓN LABORATORIO DE ELECTRICIDAD

TECSUP

Criterio de desempeño Laboratorio N° 14 Puesto de trabajo:


b: Aplican conocimientos actuales y emergentes de ciencia, matemática Ciclo: I y tecnología. e: Trabajan eficazmente en equipo.

Fecha:

Tema: Potencia en Corriente Alterna

Sección:

Alumno:

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Excelente

Bueno

Requiere mejora

No aceptable

Realizan las mediciones coordinadamente.

4

4

3

2

0

Calculan y debaten los resultados.

4

4

3

2

0

Explican el significado de los resultados

4

4

3

2

0

Culminan la tarea en el tiempo previsto debido al trabajo en equipo.

2

2

1

0

0

Nota parcial 1

14

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Excelente

Bueno

Requiere mejora

No aceptable

Evaluación

3

3

2

1

0

Genera conclusiones

3

3

2

1

0

Nota parcial 2

6

NOTA FINAL 

 

 

 

20

Se pudo verificar que la tensión de línea en un circuito trifásico corresponde al valor de la tensión entre fases multiplicado por un factor , tal como la teoría lo menciona. se tiene un circuito con la fuente, la carga o ambas en forma de delta se pueden utilizar transformaciones de delta a Y para que quede en forma de Y-Y. 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 se pudo comprobar que una la corriente que pasa por la fase de una carga será la misma que la corriente que atraviesa los puntos o conductores de línea. Al usar las herramientas facilitadas en el laboratorio de máquinas para analizar y observar el respectivo funcionamiento del sistema trifásico, se lograron mejorar nuestras habilidades para identificar las características de las conexiones trifásicas, las cuales son la conexión delta y la conexión estrella. En cada caso se pudo apreciar las variaciones de la corriente y la tensión cuando se tenía el sistema en equilibrio. Se denomina líneas a los conductores (a, b, c), que unen a la fuente con la carga. Se realizó un prueba la cual consistía en desconectar el neutro en el circuito estrella lo que se pudo notar es que no hubo un cambio brusco en las mediciones.

Lab14 Potencia en Ac 2010-2 16_completo

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