UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS - ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA ELECTROMECÁNICA CIRCUITOS ELÉCTRICOS II NIVEL: IV TITULO: “MEDICIÓN
AUTORES:
DE LA POTENCIA TRIFÁSICA”
Andrade Mantilla Antony Alexander Montero Mena Anibal Santiago Musuca Chicaiza Henry Paul Pacheco Taco Diego Ernesto
TUTOR:
Ing. Katia Torres
Latacunga – Ecuador Ecuador Noviembre 2014
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1. TITULO: Medición de la Potencia Trifásica
2. OBJETIVOS Objetivo General
Realizar la medición de la potencia consumida en un sistema trifásico.
Objetivos Específicos
Emplear el método de dos vatímetros para determinar la potencia en un sistema trifásico.
Determinar la potencia aparente, real y reactiva de un sistema trifásico.
Determinar las diferencias entre cargas resistivas, inductivas y capacitivas.
3. MARCO TEÓRICO Sistemas Trifásicos La fuente más importante de voltaje es la fuente trifásica balanceada, esta fuente, como se muestra en la figura 1 en la cual representa un sistema trifásico de cuatro hilos, tiene las siguientes propiedades. Las fases de los voltajes, es decir, el voltaje de cada línea
a, b y c a la neutra n.
Figura 1
Un sistema equilibrado de corrientes trifásicas es el conjunto de tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y, por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas (120°) y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de Fase. Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus frecuencias y valores eficaces son iguales y están desfasados simétricamente y dados en un
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cierto orden. Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es desequilibrado.
Fuente de Alimentación Todos los módulos que este sistema incluye, como los motores, cargas, transformadores, instrumentos de medición, dispositivos de control y accesorios, están alimentados por este módulo. Esta fuente entrega las tensiones alternadas monofásica y trifásica fijas y variables, así como las tensiones continuas fijas y variables necesarias para operar los diferentes módulos del sistema EMS de 0,2 kW.
Figura 2
La Fuente de alimentación se energiza por medio de un cable eléctrico flexible formado por cinco conductores y terminado en un enchufe bloqueable de cinco patas. La Fuente de alimentación se debe conectar a una r ed trifásica de cinco conductores en estrella. Cada fuente de alimentación se entrega con el tomacorriente mural apropiado para que el cable de alimentación de la fuente se pueda enchufar c orrectamente, independientemente del estándar local de los tomacorrientes. Como medida de seguridad para los usuarios, el enchufe cuenta, además de las patas de las tres fases y del neutro, con una quinta pata de cobre separada que pone a tierra el chasis de la fuente de alimentación y el puesto de traba jo. Un voltímetro, conectado a través de un interruptor selector, permite leer las tensiones de salida continuas y alternadas variables así como la salida de corriente continua fija (LabVolt, 2014).
Potencia Activa
En los sistemas trifásicos equilibrados la potencia suministrada por un generador trifásico, o consumida por un receptor trifásico, es igual a tre s veces la suministrada o consumida por una fase.
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La potencia de una fase:
= ∗ cos().
La potencia del sistema trifásico equilibrado es:
= 3 ∗ cos().
Es conveniente expresar P en función de la tensión e intensidad de línea.
∗ =
1 ∗ √ 3
Para la conexión en Y:
=
1 = √ 3
Para la conexión en :
= =
1 √ 3
Por lo que la potencia activa trifásica en función de la tensión y la intensidad de línea es:
= √ 3 ∗ cos() Potencia Reactiva
Como expresión general de la potencia reactiva de un sistema trifásico equilibrado:
= √ 3 ∗ sin() Potencia Aparente
Extendiendo el concepto de potencia aparente dado para un circ uito monofásico obtenemos:
= √ 3 ∗ Se ve inmediatamente que se verifica:
cos() =
∶
cos() =
Vatímetro El vatímetro es un instrumento que nos permite medir en vatios la energía eléctrica o la tasa de suministro de esta energía, es decir mide la potencia eléctrica. También podemos medir el poder de audiofrecuencia y la frecuencia de utilidad.
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Vatímetros analógi cos: Son instrumentos electrodinámicos. Están compuestos por
la fusión de un voltímetro y un amperímetro. Los vatímetros más comunes están conformados por un par de bobinas fijas, conectada en serie con el circuito y una bobina móvil, conectada en paralelo y es la que lleva la aguja que indica la medición de la energía eléctrica. Vatímetr os Digital es: Calculan correctamente el consumo de energía, aun así cuando
se enfrentan a grandes cantidades de potencia eléctrica. Estos vatímetros digitales son aparatos multifunción que miden con precisión la corriente continua, la corriente alterna, la intensidad de corriente DC, la intensidad de corri ente AC y la potencia en vatios. El resultado de la medición de la potencia AC se considera como el valor real, donde el rango máximo es de 6000 vatios. Durante la medición de la potencia la polaridad cambia automáticamente, si se producen valores de medición negativos aparecerá un símbolo menos en el indicador de los vatímetros digitales.
Medición de potencia con dos vatímetros Se puede medir la potencia activa trifásica con dos vatímetros cuando el sistema no tiene neutro, es decir, en un sistema trifilar. Debido a que la restricción del método es: sumatoria de corrientes igual a cero; esto se logrará, utilizando una conexión como la figura:
Figura 3
En la figura observamos una carga genérica “M” que podría encontra rse en estrella o en triángulo.
4. INSTRUMENTOS Y EQUIPO
Módulo de punto de alimentación (0-120/208V/3 ϕ)
EMS 8821
Módulo de vatímetro trifásico
EMS 8441
Módulo de medición de c-a (250/250/250V)
EMS 8426
Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5A)
EMS 8425
Módulo de resistencia
EMS 8311
Módulo de inductancias
EMS 8321
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Módulo de capacitancias
EMS 8331
Cables de conexión
EMS 8941
5. PROCEDIMIENTOS 1. a) Conectar el circuito ilustrado en la Figura 4, utilizando los Módulos EMS de vatímetro trifásico, fuente de alimentación, resistencia y medición de c-a.
2. a) Ajustar la resistencia de cada sección a 300 ohms. b) Conectar la fuente de alimentación y ajustarla a 208V c-a, según lo indique el voltímetro V1. c) Medir y anotar la corriente de línea I1 y la potencia indicada por W1 y W2. d) Volver el voltaje a cero y desconectar la fuente de alimentación.
3. a) De acuerdo con los resultados obtenidos en (c) calcule los valores trifásicos de: Potencia aparente, Potencia real y Factor de potencia. b) ¿Es cercano a la unidad el valor del factor de potencia?
4. a) Ajustar la resistencia de cada sección a 300 ohms. b) Repita el Procedimiento 2. c) De acuerdo con los resultados obtenidos en (c) calcule los valores trifásicos de: Potencia aparente, Potencia real, Factor de potencia y Potencia reactiva.
5. a) b) c) d)
Reemplace el módulo de capacitancia con el de inductancia. Ajustar la resistencia de cada sección a 300 ohms. Repita el Procedimiento 2. De acuerdo con los resultados obtenidos en (c) calcule los valores trifásicos de: Potencia aparente, Potencia real, Factor de potencia y Potencia reactiva.
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6. GRÁFICOS Y FIGURAS
Figura 4
7. CÁLCULOS Y RESULTADOS 2. c)
= 0.4 − = 72 = 68
3. a)
. = ∗ ∗ . = 208 ∗ 0.4 ∗ 1.73 = 143.93 . = + = 72 + 68 = 140 =
. 140 = = 0.97 . 143.93
4. c)
= 0.4 − = 40 = −38
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+ = 2 d)
. = ∗ ∗ . = 208 ∗ 0.4 ∗ 1.73 = 143.93 . = + = 2 =
. 2 = = 0.01 . 143.93
. = . − . = 143.93 − 2 = 143.91
5. c)
= 0.4 − = −33 = 48 + = 15
d)
. = ∗ ∗ . = 208 ∗ 0.4 ∗ 1.73 = 143.93 . = + = 15 =
. 15 = = 0.104 . 143.93
. = . −. = 143.93 − 15 = 143.14
8. CUESTIONARIO 1. Si se usan 2 vatímetros para medir la potencia total en un sistema trifásico de 3 conductores, ¿mide una potencia monofásica cada medidor? No, ya que la lectura de un medidor indica la potencia tomada entre la impedancia de los terminales conectados menos una relación entre el voltaje en e sos terminales por la corriente de fase que no está presente entre los puntos de conexión del vatímetro.
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2. ¿Qué significa la indicación negativa de un vatímetro? Significa que el factor de potencia en ese vatímetro es menor al 50% (<0,5)
3. ¿Bastaría con un solo vatímetro para medir la potencia trifásica total en un sistema trifásico balanceado de 4 hilos? No, ya que para este procedimiento, se necesita desconectar las otras fases y, al momento de hacer la conexión de la carga a la red, el instrumento es atravesado por la corriente de arranque de la carga, que es muy elevada y podría dañar al mismo.
4. ¿Es necesario utilizar 2 vatímetros para medir la potencia trifásica total en un sistema balanceado de 3 conductores? Sí, ya que éste método es más seguro que realizarlo con un solo vatímetro, por la razón anteriormente explicada.
5. ¿Puede indicar 0 un vatímetro que tiene una corriente que pasa por su bobina de corriente y un potencial en su bobina de voltaje? Si, la marca de un vatímetro es proporcional a la c orriente y al voltaje, pero también al factor de potencia. Por tanto según si el desfase entre tensión y corriente es el apropiado, el vatímetro puede marcar cero por muy grandes que sean la te nsión o la corriente.
9. CONCLUSIONES 1. Gracias a los 2 vatímetros utilizados se obtuvo la potencia (real, activa) total trifásica del circuito en estrella armado. Obteniendo así aproximaciones al resultado teórico calculado. 2. Gracias al método de los 2 vatímetros, se obtuvieron las potencias trifásicas totales aplicando las fórmulas teóricas, y con ello se pudo medir la respectiva potencia aparente, real y reactiva en los circuitos planteados. También se obtuvieron los respectivos valores del factor de potencia gracias a la relación P/S obtenidas de las mediciones hechas en los circuitos.
10.RECOMENDACIONES 1. Utilizar correctamente los equipos de generación y medición, y con ello la práctica será eficiente y se obtendrán resultados concordantes con los conocimientos teóricos. 2. Respetar las normas de seguridad del taller hará que todo el desarrollo de la práctica sea eficiente con un ambiente de orden y regularidad.
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3. Realizar las conexiones con la fuente apagada, primero medir la fuente con un voltímetro, apagarla y de ahí armar al circuito; con ello se evitará cualquier sobrecarga.
11.BIBLIOGRAFÍA BC. (12 de 11 de 2014). Obtenido de BC: http://riuc.bc.uc.edu.ve/bitstream/123456789/61/1/TESIS%208.pdf LabVolt. (13 de 11 de 2014). Obtenido de LabVolt: https://www.labvolt.com/downloads/dse8821.pdf Scribd. (13 de 11 de 2014). Obtenido de http://es.scribd.com/doc/27786494/Laboratoriode-Sistemas-Trifasico
