Laboratorios de Circuitos Eléctricos2 PARTE 2 (1)

Escuela de Ingeniería Eléctrica ______________________________________ ____________________ ____________________________________ __________________________________ ___________________________ ___________

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERIAS DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE I NGENIERIA ELECTRICA ELECTRICA

CONEXIÓN DE IMPEDANCIAS I.- OBJETIVO OBJ ETIVO:: Analizar y verificar v erificar en for ma experimental l a relación que existe entre ent re la tensión y la corriente en las impedancias de un circuito eléctrico, verificando así la ley de Ohm; utilizando el método indirecto del voltímetro y amperímetro. Conocer las diferentes conexiones de las impedancias.

II.- MARCO TEÓRICO: TEÓRICO: Asociaciones generales generale s de resistencias: a) Serie y b) Pa ralelo. c) Mixta, d) Estrella triangulo. Se denomina impedancia equivalente, Ztotal, de una asociación respecto de dos puntos A y B, a aquella que conectada la misma diferencia de pote ncial, UAB, demanda la misma intensidad, I. Esto significa que ante las mismas condiciones, la asociación y su impedancia equivalente disipan la misma potencia.

Asoc As oc iació iac ió n en ser ie Dos o más impedancias se encuentran conectadas en serie cuando al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, todas ellas son recorridas por la misma corriente. Por lo tanto, la impedancia equivalente a n impedancias montadas en serie es igual a la suma de dichas impedancias.

Asoc As oc iació iac ió n en paralel par alelo o Dos o más impedancias se encuentran en paralelo cuando tienen dos terminales comunes de modo que al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, UAB, todas la impedancias tienen la misma caída de tensión, UAB. Por lo que la impedancia equivalente de una asociación en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada una de las impedancias.

Asoc As oc iació iac ió n mix m ixta ta En una asociación mixta podemos encontrarnos conjuntos de impedancias en serie con conjuntos de impedancias en paralelo.

Guía de Circuitos Eléctricos 2

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Asoc iacio nes estrel la y triángulo

En la figura se pueden observarse respectivamente las asociaciones estrella y triángulo, también llamadas T y π o delta respectivamente. Este tipo de asociaciones son comunes en las cargas trifásicas.

III.- ELEMENTOS A UTILIZAR: -

08 Resistencia Variable 0-44 ohmios ó 08 de 180 ohmios 1 Amperímetro c.c., analógico, 0-1-5 amp. 1 variac monofásico 02 Multímetro digitales 1 Puente de diodos. conductores de conexión. 5 condensadores de diferentes valores

IV.- ACTIVIDADES: a) Calibrar las resistencias a los valores indicados en la siguiente figura. b) Armar el circuito de la figura 1, adjunta.


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Circuito 1 b) Regular en el variac monofásico hasta obtener en el voltímetro V, la tensión de 30V de corriente alterna.

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

Z8

40Ω

18 Ω, 50uF

12 Ω

28 Ω, 30uF

80 Ω

50 Ω

9Ω

6 Ω, 70uF

c) Ir reduciendo el circuito paso a paso e ir midiendo en cada reducción la corriente y el voltaje, para comprobar el circuito equivalente. Para variar el valor de las impedancias se tendrá que desenergizar el circuito primero.

Punto

A(amp)

Tabla 1 V(v) Zab( )=V / I

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10




V.

CUESTIONARIO: 1.- ¿Qué es una impedancia y de qué depende su valor? 2. ¿Qué tipos de conexión existen en las impedancias? 3. Analizar los circuitos en forma teórica y compararlos con los experimentales. ¿Son iguales? ¿Por qué? 4. ¿Qué tipos de impedancias existen y cuál es el uso de cada uno?. 5.- Enumere y explique todos los tipos de resistencias existentes. 6.- Enumere y explique todos los tipos de inductancias existentes. 7.- Enumere y explique todos los tipos de capacitores existentes.

VI.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor número de palabras, 05 de cada una como mínimo.

VII

BIBLIOGRAFIA:

Indicar la bibliografía utilizada o la página web NOTA: Las observaciones y conclusiones son de carácter personal




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POTENCIA ELECTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA I. OBJETIVO Analizar y verificar en forma experimental la potencia activa, reactiva y aparente de los circuitos eléctricos de corriente alterna, mediante el v atímetro monofásico y el voltímetro –amperímetro. Analizar y verificar el procedimiento correcto para la utilización y funcionamiento del instrumento vatímetro.

II. MARCO TEÓRICO: En circuitos AC se presenta la siguiente situación, en una resistencia el voltaje y la corriente siempre están en fase y la resistencia siempre es pasiva, todo el tiempo la energía eléctrica se convierte en calor; los condensadores y las bobinas almacenan energía y producen un ángulo de fase de 90° entre la corriente y el voltaje por lo que por periodos son activos y periodos son pasivos, significa que estos elementos devuelven energía hacia los generadores; en un circuito AC en general se consideran tres tipos de potencia:

Potencia aparente (S): corresponde a la potencia total que envía la fuente al circuito de carga, es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva, según se muestra en la siguiente figura. Se representa por S y se mide en voltiamperios (VA). Para una tensión dada la potencia aparente es proporcional a la intensidad que circula por la instalación eléctrica:

Potencia activa (P): corresponde a la potencia que realmente utiliza el circuito, representa la capacidad de una instalación eléctrica para transformar la energía eléctrica en trabajo útil: mecánica (movimiento o fuerza), lumínica, Guía de Circuitos Eléctricos 2



térmica, química, etc. Esta potencia es realmente la consumida en una instalación eléctrica. Se representa por P y se mide en vatios (W).:

Donde  es el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente, al “cos ” se le llama el factor de potencia.

Potencia reactiva (Q): La potencia reactiva (y la energía reactiva) no es una potencia (energía) realmente consumida en la instalación, ya que no produce trabajo útil debido a que su valor medio es nulo. Aparece en una instalación eléctrica en la que existen bobinas o condensadores, y es necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos e n dichos componentes. Se representa por Q y se mide en voltiamperios reactivos (VAr). :

III. ELEMENTOS A UTILIZAR -

01 variac monofásico 02 resistencia variable 0-44 ohmios 01 Multimetro digitales 01 amperímetro analógico 01 vatímetro electrodinámico 0-120 v, 5A 01 vatímetro digital 5 condensadores, Conductores de conexión

IV. ACTIVIDADES a) Armar el circuito de la siguiente figura:

b) Regulando el variac monofásico obtener en el voltímetro “VT” una tensión de 80 voltios. c) Variando la resistencia R1 desde su máximo valor de 88 ohmios hasta 20 ohmios como mínimo, y para diferentes capacitores en el circuito, no deberá de circular más de 2.75 A en el circuito, registrar los valores V1, V2, A, W del circuito para 08 valores de R 1 y C. Punto

A(amp)

V1 (V)

V2 (V)

VT

W (watts )

R1 ( )



C (uF )


1 2 3 4 5 6 7 8

Potencias consumidas R1 Punto

P1 =W

P1=I2 R1

P1 = Vr 2 / R1

C Qc=I2 XC

STOTAL

PTOTAL

Qc = Vc 2 / XC

1 2 3 4 5 6 7 8

Para registrar los valores anteriores se deberá tener en cuenta de no exceder los 2.75 amperios en el c ircuit o (corri ente máxima para el variac mono fásico). V CUESTIONARIO 1. Explicar el principio de funcionamiento del vatímetro. 2. ¿Qué es la potencia eléctrica activa? 3. ¿Qué es la potencia eléctrica reactiva? 4. ¿Qué es la potencia eléctrica aparente? 5. ¿Cómo se conecta el vatímetro? Dibuje el esquema. 6. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica activa que consume un circuito?



QTOTAL


7. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica reactiva que consume un circuito? 8. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica aparente que consume un circuito? 9. Dibujar el diagrama fasorial completo correspondiente al circuito armado. 10. A partir de los datos, hallar las potencias activa, reactiva y aparente teóricas. 11. A partir de los datos experimentales, hallar las potencias activa, reactiva y aparente experimentales. 12. En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes entre los valores teóricos y experimentales.

VI.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor número de palabras

VII

BIBLIOGRAFIA: 

Indique la bibliografía utilizada o la pagina web..




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MEDIDA DE LA POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS – PARTE 1 I. OBJETIVO Analizar y verificar en forma experimental la medida de potencia en circuitos trifásicos utilizando el método de los tres vatímetros y el vatímetro trifásico en conexión Aron.

II. MARCO TEORICO 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, sin 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 = PR + PS + PT Sin embargo un sistema trifásico puede tener dos tipos de cargas: cargas equilibradas y desequilibradas, que van a variar las características del sistema trifásico y por ende el método en que se debe efectuar la medición de potencia. Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifásica. Cargas Equilibradas En muchas ocasiones, por ejemplo, en motores eléctricos grandes, 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 va a circular la misma corriente, y los ángulos de desfase son tambien iguales. En este caso entonces la potencia total va a ser:

PT = 3 Pf = 3Vf If cos  Es decir que para la medición de la potencia trifásica es un sistema equilibrado, se puede utilizar un solo vatimetro monofásico y multiplicar los valores obtenidos 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 = Pf1 + Pf2 +Pf3 = VR IR cos  R + VS IS cos  S + VT IT cos  T Método de tres vatímetros Por lo tanto 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. Sin embargo para la medició n de potencias en sistemas trifásicos desequilibrados se utiliza principalmente el sistema de los dos vatímetros o sistema Aron. Método d e dos vatímetros o Método de Ar on Permite las mediciones de potencia en circuito s de corriente alterna trifásica de tre s 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 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 amperi métrica, 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


01 fuente de alimentación trifásica variable (Variac trifásico) 03 vatímetros monofásicos 220V 5A 01 vatímetro trifásico 220V, 5A 03 resistencias variables 0-44 ohmios 4A 03 amperímetros iguales de 0-5A 02 voltímetro 0-250V 03 condensadores de 50uf – 300V, conductores para conexiones

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 6. Colocar las escalas de los instrumentos en su máximo valor como primera precaución. 7. Calibrar la tensión de salida a 220 V, tensión trifásica. 8. Energizar el circuito y utilizar las resistencias de 88 ohmios (02 resistencias de 44 en serie), medir los valores en los instrumentos para cada variación de las resistencias R, 9. Medir los valores de los condensadores. 10. Armar el circuito de la figura adjunta y Registrar los siguientes valores.

Figura 3




N°

V1

V2

V3

(V fase) (V fase) (V fase)

A1

A2

A3

W1

W2

W3

Pt exp= W1+W2+W3

1 2 3 4 5 6 7

N°

R

C1

C2

C3

1 2 3 4 5

V CUESTIONARIO

6 7

1. Explicar el Método de Medición de los Tres vatímetros para medir potencia trifásica. 2. 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). 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 vatímetros experimentalmente. 4. Hallar los valores teóricos y d ar las divergencias de los valores teóricos y experimentales de la potencia trifásica, dando el error absoluto y relativo porcentual referido al valor teórico en forma tabulada. 5. ¿Qué métodos existen pa ra realizar las mediciones de la potencia trifásica? Explique cada uno

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Dar sus conclusiones y observaciones en forma clara y concisa, como mínimo 5 conclusiones las más importantes del experimento realizado

VII. BIBLIOGRAFIA Indique la bibliografía o página web que utilizo. Guía de Circuitos Eléctricos 2


W3


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MEDIDA DE LA POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS – PARTE 2 I. OBJETIVO Analizar y verificar en forma experimental la medida de potencia en circuitos trifásicos utilizando el método de los tres vatímetros y el vatímetro trifásico en conexión Aron.

II. MARCO TEORICO 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, sin 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 = PR + PS + PT Sin embargo un sistema trifásico puede tener dos tipos de cargas: cargas equilibradas y desequilibradas, que van a variar las características del sistema trifásico y por ende el método en que se debe efectuar la medición de potencia. Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifásica. Cargas Equilibradas En muchas ocasiones, por ejemplo, en motores eléctricos grandes, 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 va a circular la misma corriente, y los ángulos de desfase son tambien iguales. En este caso entonces la potencia total va a ser:

PT = 3 Pf = 3Vf If cos  Es decir que para la medición de la potencia trifásica es un sistema equilibrado, se puede utilizar un solo vatimetro monofásico y multiplicar los valores obtenidos 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 = Pf1 + Pf2 +Pf3 = VR IR cos  R + VS IS cos  S + VT IT cos  T Método de tres vatímetros Por lo tanto 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. Sin embargo para la medició n de




potencias en sistemas trifásicos desequilibrados se utiliza principalmente el sistema de los dos vatímetros o sistema Aron. Método d e dos vatímetros o Método de Ar on Permite las mediciones de potencia en circuito s de corriente alterna trifásica de tre s conductores, equilibrados o desequilibrados. Respecto al método anterior presenta las siguientes ventajas:  Resulta mucho más fácil y económico efectuar lecturas simultaneas 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 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 amperi métrica, 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


01 fuente de alimentación trifásica variable (Variac trifásico) 03 vatímetros monofásicos 220V 5A 01 vatímetro trifásico 220V, 5A 03 resistencias variables 0-44 ohmios 4A 03 amperímetros iguales de 0-5A 02 voltímetro 0-250V 03 condensadores de 50uf – 300V, conductores para conexiones

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Colocar las escalas de los instrumentos en su máximo valor como primera precaución. 2. Calibrar la tensión de salida a 220 V, tensión trifásica. 3. Energizar el circuito y utilizar las resistencias de 88 ohmios (02 resistencias de 44 en serie), medir los valores en los instrumentos para cada variación de las resistencias R, 4. Medir los valores de los condensadores. 5. Armar el circuito de la figura adjunta y Registrar los siguientes valores.

Figura 3 Guía de Circuitos Eléctricos 2



N°

V1

V2

V3

(V linea) (V linea) (V linea)

A1

A2

A3

W1

N°

R

C1

C2

W2

Pt exp= W1+W2

W3

1 2 3 4 5 6 7

C3

1 2 3 4 5

V CUESTIONARIO

6 7

1. Explicar el Método de Medición de los Dos vatímetros para medir potencia trifásica. 2. 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). 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 vatímetros experimentalmente. 4. Dar las divergencias de los valores teóricos y experimentales de la potencia trifásica, dando el error absolu to y relativo porcentual referido al valor teórico en fo rma tabulada. 5. Demostrar la fórmula de la potencia total con el Método de Medición de los Dos vatímetros. 6. ¿Qué instrumentos nos permiten medir la potencia eléctrica trifásica?

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Dar sus conclusiones y observaciones en forma clara y concisa, como mínimo 5 conclusiones las más importantes del experimento realizado

VII. BIBLIOGRAFIA Indique la bibliografía o pagina web que utilizo. Guía de Circuitos Eléctricos 2


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