PRACTICA Nº8 MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA POTENCIA EN CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICOS OBJETIVOS -
Analizar en forma experimental los métodos indirectos y directos para determinar la potencia en circuitos trifásicos resistivos-capacitivos.
FUNDAMENTO TEÓRICO Método de un solo vatímetro monofásico (en el caso de cargas equilibradas) Se utiliza solo un vatímetro que mide la potencia de una fase: el amperímetro indica la corriente de línea y el voltímetro la tensión entre líneas. En el caso de tres conductores sin neutro, el vatímetro debe de conectarse con neutro artificial. Las indicaciones del vatímetro deben multiplicarse por 3, de forma que la potencia total activa es:
√ Método de un solo vatímetro trifásico (en el caso de cargas equilibradas o desequilibradas) Se utiliza un solo vatímetro que mide potencia de todo el cricuto: el amperímetro indica la corriente de línea y el voltímetro la tensión entre líneas. La indicación del vatímetro registra directamente la potencia activa total del circuito, de tal forma que la potencia total activa es:
√ Método de los dos vatímetros monofásico (en el caso de cargas desequilibradas o equilibradas) Este sistema se denomina también “Método de Aron” y permite las mediciones de potencia y factor de potencia en corriente alterna trifásica de tres conductores, equilibrados o desequilibrados. Es muy importante el conexionado de los circuitos voltimétricos de ambos vatímetros; el principio de la bobina voltimétrica debe estar
conectado a la misma fase en la cual esta intercalada la bobina amperimétrica, y el final de la bobina voltimétrica debe estar conectada a la fase que no tiene ninguna bobina amperimétrica intercalada (en la fase libre). Por ejemplo, según el montaje de la Fig. 2. se tiene:
√ √ Método de los tres vatímetros (en el caso de cargas desequilibradas) Se utiliza el montaje representado en la Fig. 3; cada vatímetro medirá la potencia de cada fase en forma independiente, en este caso se obtiene el promedio del factor de potencia, según las expresiones:
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En la experiencia, se utilizó los siguientes elementos:
3 Reóstatos de 44Ω, 4,4A
3 Condensadores 220V, 60Hz
2 multímetros digitales
3 vatímetros analógicos
1 autotransformador trifásico
Conductores eléctricos
Se siguieron los siguientes pasos:
Medición indirecta de la potencia en corriente alterna trifásica 1. Realizar la siguiente conexión para encontrar la potencia con cargas equilibradas (procedimiento de un solo vatímetro monofásico) con una tensión trifásica de 220V. Tener en cuenta las máximas corrientes permisibles en los elementos a utilizar.
Fig. 1. Nº 1
V1
A1
W1
PTOTAL EXP PTOTAL TEO
(V)
(A)
(W)
(W)
380
2.25
208
624
R
C
(W)
(Ω)
(μF)
613.06
40
30
2. Realizar la siguiente conexión para encontrar la potencia trifásica con cargas desequilibradas (procedimiento de los dos vatímetros) con una tensión trifásica de 220V. Tener en cuenta las máximas corrientes permisibles en los elementos a utilizar.
Fig. 2. V1
V2
A1
A2
W1
W2
PTOTAL EXP PTOTAL TEO
(V)
(V)
(A)
(A)
(W)
(W)
(W)
380
380
2.25
2.25
698
75
623
R
C
(W)
(Ω)
(μF)
613.06
40
30
a) Realizar la conexión del procedimiento de los tres vatímetros para encontrar la potencia con cargas equilibradas. Utilizar los mismos valores de impedancias del circuito anterior para poder comparar la potencia.
Fig. 3. V1
V2
V3
(V)
(V)
(V)
219.4 219.4 219.4
A1
A2
(A)
(A)
2.25
2.25
A3
W1
W2
W3
(A)
(W)
(W)
(W)
2.25
204
211
209
PTOTAL EXP PTOTAL TEO (W) 623
(W)
613.06
R
C
(Ω) 40
(μF) 30
b) Realizar la conexión del procedimiento del método directo con el Analizador de Redes para encontrar la potencia con cargas desequilibradas. Utilizar los mismos valores de impedancias del circuito anterior para poder comparar la potencia.
V1
V2
V3
A1
A2
A3
PTOTAL EXP QTOTAL EXP STOTAL EXP
f
(V)
(V)
(V)
(A)
(A)
(A)
(W)
(VAR)
(VA)
(Hz)
380
380
380
2.25
2.25
2.25
623
1379.89
1541.01
60
cos φ exp 0.4121
CUESTIONARIO 1. ¿En qué consiste el método de un solo vatímetro monofásico para encontrar la potencia de un circuito trifásico? Explicar con detalle. Este método se usa principalmente cuando se tiene un sistema de cargas equilibradas y simétricas. Así, se utiliza un vatímetro monofásico cuyas bobinas amperimétrica y voltimétrica, utilizan la corriente de una sola línea y la diferencia de potencial entre dos líneas, respectivamente. De esta manera, se está realizando la medición de la potencia activa de una sola fase, por lo que debe multiplicarse por 3 para obtener la potencia activa total del circuito trifásico.
Para el caso de un sistema trifilar (tres conductores) sin neutro, el vatímetro debe conectarse a un neutro artificial.
2. ¿En qué consiste el método de un solo vatímetro trifásico para encontrar la potencia de un circuito trifásico? Explicar con detalle. Este método se usa tanto para sistemas de cargas equilibradas como desequilibradas. Así, se utiliza esta vez, un vatímetro trifásico que mide la potencia activa de todo el circuito. Para ello, el amperímetro conectado en serie, indica la magnitud de la corriente de línea y el voltímetro conectado en paralelo, registra la tensión entre líneas. Como la lectura de este tipo de vatímetro registra la potencia total, no hay necesidad de multiplicar el resultado por 3, como en el método antes mencionado.
3. ¿En qué consiste el método de dos vatímetros para encontrar la potencia de un circuito trifásico? Explicar con detalle. Se puede medir potencia activa trifásica con dos vatímetros cuando el sistema no tiene neutro, es decir que es trifilar. Se utiliza el circuito de la figura siguiente donde el punto de los dos vatímetros es la fase T, por ejemplo.
La suma de las mediciones de dos vatimetros es igual a la suma de las indicaciones que hubieran revelado tres vatímetros conectados a cada una de las
fases y neutro artificial. Es decir que se obtiene con éste método una medición de potencia trifásica. Como no se ha impuesto condiciones de simería ni de equilibrio para demostrar el método, se dice que es útil para medir potencia en cualquier sistema trífasico simétrico o no, equilibrado o no, pero siempre que sea trifilar. Este método solo es utilizable, cuando no existe conductor neutro, o bien si previamente puede garantizarse (por medición) que la intensidad del neuto es nula. Es independiente de que la carga esté conectada en estrella o triángulo. El método de Aron se emplea en sistemas de transmisión (alta tensión) y de distribución primaria (media tensión), que son sistemas trifásicos que nunca poseen neutro. Desde luego que habrá que utilizar transformadores de medida (TI,TV) para conectar los vatímetros. También se los utiliza en la industria cuando se trata de grandes potencias, por ejemplo, en explotaciones mineras, petroliferas, pues constituyen sistemas trifasicos sin neutro.
4. ¿En qué consiste el método de tres vatímetros para encontrar la potencia de un circuito trifásico? Explicar con detalle. Para un sistema trifásico tetrafilar desequilibrado, según este método, se utilizan tres vatímetros monofásicos conectados de la siguiente manera:
Como se ve, se conecta cada vatímetro de tal manera que mida la potencia de cada fase, cuidando de que tengan un punto en común: la línea neutra. La suma de las tres lecturas es igual a la potencia total consumida por la carga. Para el caso de contar con un sistema de cargas, equilibradas o no, trifilar, la forma más simple de medir potencia activa trifásica sin neutro, es hacer uso de 3 vatímetros gemelo que se conectan formando una estrella, por lo que convergen sus circuitos voltimétricos a un punto único llamado neutro artificial o ficticio. La justificación de usar este método radica en que siendo los 3 vatímetros iguales, sus circuitos voltimétricos tomarán iguales intensidades, pero desfasadas entre si 120º, de modo que en el punto de unión, centro de estrella, las tres corriente se compensarán totalmente, dando resultante nula, por lo que no se requiere conductor de retorno al generador como lo haría el conductor neutro. Así, se conectan los 3 vatímetros, según indica la siguiente figura:
Nuevamente, la potencia total activa es el resultado de la suma de cada potencia de fase.
5. ¿Cuál de los métodos indirectos para la medición de la potencia trifásica es el más exacto? Para sistemas trifilares, se recomienda el Método de Aron, pues su versatilidad para determinar el punto en común y su bajo porcentaje de error lo respaldan. Para sistemas tetrafilares, se recomienda el Método de los Tres Vatímetros, ya que es igualmente aplicable a cargas tanto equilibradas como desequilibradas.
6. Obtener la potencia activa, reactiva, factor de potencia y la potencia aparente experimentales para cada una de las impedancias Z.
Como las cargas son equilibradas, las tres impedancias poseen el mismo valor. Para la potencia reactiva y la potencia aparente…
() () () ()
() ()
7. Obtener el factor de potencia, potencia activa, reactiva y la potencia aparente teóricos para cada una de las impedancias Z. VL: 380V
√
Para la potencia reactiva y la potencia aparente…
() () () ( ) 8. Presentar en forma tabulada la divergencia en porcentaje dando el error absoluto y relativo porcentual de cada uno de los métodos usados para la potencia total trifásica experimental y teórica.
Tipo de Potencia
Valorteórico
Valorexp
Error Relativo
P
613.05 W
623 W
1.6%
Q S
1355.25 VAR 1379.89 VAR 1487.46 VA
1514.01 VA
1.8% 1.8%
CONCLUSIONES -
Si no se puede asegurar que el sistema es equilibrado no se puede medir potencia trifásica colocando un solo vatímetro en una fase.
-
Si se produjera algún cambio en la carga o en la tensión de generación cambiaría la potencia en cada una de las fases a través del tiempo y los valores simultáneos.
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Se puede medir potencia activa trifásica con dos vatímetros cuando el sistema no tiene neutro, es decir que es trifilar.
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Para medir la potencia en un sistema simetrico y equilibrado según Blondel se necesitan tres vatímetros para un sistema trifásico, pero se puede medir con dos vatímetros según Aron haciendo ciertas consideraciones. Si no se respeta esas consideraciones, el metodo nos dara tecturas erróneas
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Tres vatimetros miden la potencia de la carga independientemente del equilibrio de las corrientes, de la simetria de las tensiones, de la forma de onda de ambos
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parámetros y del potencial del punto “O”. Es válido el método de los tres vatímetros aunque la carga este conectada en estrella o en triangulo, ya que si reduce el triángulo a estrella se verifica lo enunciado, y siempre la suma de las potencias de cada fase dará como resultado la potencia total del circuito.
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El método de los tres vatímetros da la potencia exacta e invariante cualquiera sea el punto de referencia (generalmente el centro de la cofiguración estrella), siempre que no variemos la fuente ni la carga.
BIBLIOGRAFÍA -
wwwcampus.usal.es/.../Principal/Circuitos/.../MedidaPotenciaTrifasica.pdf
-
www.uco.es/investiga/grupos/giie/cirweb/.../circuitos/tc-pe0401.pdf
-
co.es/investiga/grupos/giie/cirweb/practicas/.../etprat-7.pdf
-
www.frro.utn.edu.ar/repositorio/.../medicion_de_potencia.pdf
