Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos 2- 2016A
GUIA DE LABORATORIO N° 7 1
1.1
TEMA:
MEDICIÓN DE POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS.
OBJETIVOS a) Determinar y verificar experimentalmente la medición de la potencia eléctrica en circuitos trifásicos utilizando el método de tres vatímetros monofásicos y el vatímetro trifásico en conexión Aron. b) Comprender el principio de funcionamiento de medición de potencia y energía en sistema trifásicos.
1.2
MARCO REFERENCIAL
Un sistema trifásico es una combinación de tres sistemas monofásicos, cuyas ondas senoidales están desfasadas 120º. Como consecuencia la Potencia suministrada es igual a las potencias absorbidas por cada una de las fases, si n importar que conexión tengan, sea en estrella o triángulo, en todos los casos la potencia total del sistema es igual a la suma de las potencias correspondientes a cada fase del sistema trifásico considerado.
PT
PA PB PC
Sin embargo, un sistema trifásico puede tener sus líneas cargadas en forma de: cargas equilibradas y desequilibradas, que van a variar las características de la medición de la potencia del sistema trifásico; y, por ende el método en que se debe efectuar la medición de p otencia.
Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifásica. Cargas Equilibradas En muchas ocasiones, por ejemplo, en motores eléctricos de grandes potencia, en aparatos de calefacción, etc. Las tres fases están igualmente cargadas, se dice que se trata de cargas equilibradas. Es decir, que por cada fase circula el mismo valor eficaz de corriente, y los ángulos de desfase son los mismos. En este caso; entonces, la potencia total va a ser:
PT
3 Pf
3 V f I f cos 3 Vl I l c os
Lo que es lo mismo, que para la medición de la potencia trifásica es un sistema equilibrado, se puede utilizar un solo vatímetro monofásico y multiplicar el valor obtenido por tres.
Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifásica. Cargas Desequilibradas Este es el caso más general que puede presentarse. En este caso se emplea la expresión general de la potencia:
PT
PA
PB PC
VA I A cosA VB I B cosB VC IC cos C
Método de tres vatímetros Esta forma de medición me indica que deben de utilizarse tres vatímetros. Cada vatímetro leerá entonces una corriente de línea y un voltaje de fase. El sistema de los tres vatímetros permite medir y observar separadamente los procesos eléctricos en cada una de las fases de un sistema trifásico desequilibrado. Resulta particularmente apropiado en el caso de pequeñas potencias y grandes desfases.
Método de dos vatímetros o Método de Aron Para la medición de potencias en sistemas trifásicos desequilibrados se puede utilizar el sistema de dos vatímetros o sistema Aron.
Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.
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Este método permite las mediciones de potencia en circuitos de corriente alterna trifásica de tres conductores, equilibrados o desequilibrados. Respecto al método anterior presenta las siguientes ventajas: Resulta mucho más fácil y económico efectuar lecturas simultáneas de dos vatímetros que de tres. Permite el empleo de un solo aparato de medida, con dos sistemas de medida y cuya escala indica directamente la potencia a medir. En el sistema de medición Aron las tensiones aplicadas a las bobinas voltimétricas son las tensiones de línea, el principio de la bobina Voltimétrica (+- ó *) debe estar conectado a la misma fase en la cual esta intercalada la bobina amperimétrica del vatímetro, y al final de la bobina Voltimétrica, debe conectarse a la fase que no tiene ninguna bobina amperimétrica intercalada (es decir a la fase libre). Entonces la potencia total trifásica será igual a la suma de los dos vatímetros: PT
P1 P2
2.1. PRE-LABORATORIO.- realizar las siguientes cálculos y la simulación mediante programas de cálculo y de simulación (MATHCAD, MATLAB, Scilab, PSPICE). La carga en Delta desbalanceada de la figura 1 se alimenta con tensiones de línea-línea de 200 V en secuencia positiva. Determinar las corrientes de línea, el ángulo de desfase de la corriente, la potencia total y las potencia por cada línea (presentar la solución impresa de este problema antes de iniciar la práctica).
Figura 1. Carga desbalanceada en delta.
1.3
MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS
Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán solicitadas oportunamente por el estudiante de turno al encargado para la realización de la practica: Item Cant Descripción Código 1 1 Regulador de tensión trifásico (variac) 400 V, 20 A 2 3 Amperímetro analógicos de c.a. 5 A, 10 A. 3 3 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V 4 1 Frecuencímetro de 220 V 5 1 Osciloscopio de 2 canales y sus 2 sensores de tensión 6 1 Vatímetro trifásico analógico de 600 V, 10 A 7 1 Multímetro digital para verificación de circuitos 8 1 Kit de cables flexibles 1x14 AWG ó 2.5 mm2 9 1 Vatímetro digital trifásico de 600 V, 20 A, 60 Hz.. 10 3 Reostatos: 0-44 Ω, 5 A 11 3 Capacitores de 50 uF, 600 V 11 1 Un transformador trifásico de 1500 W, 400 V
Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.
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1.4
PROCEDIMIENTO
a) Medición de potencia método de tres vatímetros Armar y montar el circuito de la figura 2. las resistencia R son dos reóstatos de 42 Ω, y registrar en la tabla.
Figura 2. Montaje del ensayo de Medición de tres vatímteros. Energizar el circuito hasta tensión nominal de línea-línea 110 V y registrar juego de 6 lecturas de los instrumentos:
N°
V1
V2
V3
(V fase) (V fase) (V fase)
A1
A2
N°
A3
R
1 2 3 4 5 6 7
Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.
W1
C1
W2
C2
W3
C3
PT =W 1+W 2+ W 3
W3
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1.5
CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS
1.5.1 1.5.2
Explicar el Método de Medición de l os Tres vatímetros para medir potencia trifásica. A partir de los datos experimentales, calcular la potencia activa total, la potencia reactiva total suministrada al circuito, el factor de potencia y la potencia aparente total para cada variación de Z (R-C). 1.5.3 Con los datos de los valores de las impedancias obtenidos obtener la Potencia activa teórica, la potencia reactiva total suministrada al circuito, el factor de potencia y la potencia aparente total teórica, y compararlos con los resultados obtenidos de los tres vatímetros experimentalmente. 1.5.4 Dar las divergencias de los valores teóricos y experimentales de la potencia trifásica, dando el error absoluto y relativo porcentual referido al valor teórico e n forma tabulada 1.5.5 ¿Qué métodos existen para realizar las mediciones de la potencia trifásica? Explique cada uno. 1.6
1.6.1 1.6.2 1.7
INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA Pesquisar como se logras medir la energía eléctrica total de consumida por los usuarios monofásicos residenciales de las concesionarias de electricidad. Que es un analizador de redes comparado con un vatí metro trifásico.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
Plantea en forma personal clara y concisa de un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantea en forma personal y clara de un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las práctica de estas pruebas. 1.7.1
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía de consulta empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica como en el ejemplo siguiente. [1] Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku, “Fundamentos de circuitos eléctricos", McGraw Hill, 3ra. edición, 2006. [2] Cesar Castillo C. "Guía de laboratorios de Redes 2", Edición propia, 2013. ANEXO .
Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.
