INFORME DE LABORATORIO
MEDIDA DE POTENCIA Y ENERGÍA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS – PRÁCTICA, INFORME DE
LABORATORIO
INTRODUCCIÓN
El estudio de los circuitos es una de las partes fundamentales de las
aplicaciones de la electricidad, razón que explica su importancia para la
aproximación de los ingenieros mecánicos a los conceptos relacionados con la
corriente y la tensión. Esta es la principal explicación de la relevancia del
estudio de circuitos trifásicos, en particular, de las medidas de potencia y de
energía que se pueden realizar con base en estos. Sin embargo, no sólo son
importantes las medidas que se puedan tomar, sino que las habilidades que se
desarrollan para hacer el circuito representan una aplicación directa de los
conceptos teóricos vistos en clase, lo que permite relacionar la teoría con la
práctica.
El análisis de circuitos trifásicos exige la aplicación de una serie de
conceptos que se concatenan en el momento de hacer el circuito y de tomar las
medidas pedidas en la práctica, como son el uso y funcionamiento de los
vatímetros, del contador y del transformador, vistos en prácticas anteriores de
forma individual, pero que ahora requieren un estudio de su interacción. Este
tipo de prácticas ubican al estudiante dentro del campo de acción
en el cual deberá aplicar los conceptos yhabilidades adquiridos en su vida
profesional.
OBJETIVOS
Practicar las medidas de potencia y energía en sistemas trifásicos con carga RL
en estrella y triángulo.
Adquirir habilidades en la construcción de circuitos que
exijan la interacción de diferentes aparatos eléctricos para su funcionamiento.
Comprender el funcionamiento de aparatos eléctricos como el vatímetro,
el contador y el transformador.
Obtener datos que se puedan relacionar y explicar por medio
de la teoría vista en clase.
CONCEPTOS TEÓRICOS
MONTAJE
Montaje 1
El anterior montaje representa una conexión estrella con una inductancia en
serie por fase con las resistencias de 15 ohmios. Es
importante aclarar que en la práctica realizada en el laboratorio se utilizaron
bobinas y no inductancias directamente. Este circuito está conformado
por dos vatímetros, tres inductancias, tres resistencias, un
voltímetro, un amperímetro, un transformador (TC) y un contador. Los vatímetros
tienen la misma constantes K=8, y el amperímetro tiene un
factor de conversión igual a 5. El tiempo de una revolución del contador se
midió con reloj con segundero, lo que implica que se pueden presentar errores
representativos debido a la lectura inexacta; para reducir este error se
tomaron varias medidas (3).
Montaje 2
Para el segundo montaje, la conexión que se maneja es delta para cinco bobinas
en serie para cada fase, con tres fases.
INFORME DE RESULTADOS
Hacer el circuito del
montaje 1 (conexiónestrella); conecte una bobina en serie por fase con las
resistencias de 15 ohmios. Esta conexión corresponde al
montaje 1.
Potencia en los vatímetros, factor de conversión de
conversión de 8.
Tiempo de una revolución del contador.
Hacer la conexión delta, conectando en cada fase cinco bobinas en serie con la resistencia
de 15 ohmios.
Esta conexión corresponde al montaje 2.
Las medidas realizadas son:
Corriente de línea I=3,2 A (medida tanto con la pinza como con al amperímetro)
Tensión de línea V=208 V
Vatímetro W1 W1=-30W*8=-240W
Vatímetro W2 W2=53W*8=424W
Tiempo de 1 rev del contador t=35:303 s
Cálculos: consigne a continuación los cálculos abreviados y sus resultados.
a) sQue es el TC y que finalidad tiene?
Un Transformador de Corriente que es un accesorio o
instrumento que detecta el flujo de corriente sin romper el circuito bajo
prueba. Un transformador de corriente alterna, por lo general con disminución
gradual; el listado de proporción típico seria 1000:1, esto indicaría 1000A en
el primario, y 1A en el secundario.
b) Método de conexión aron.
Este método permite conocer la potencia de un circuito
trifásico.
La potencia demandada por una carga trifásica es igual a la suma de las
potencias suministradas por cada una de las fases. Esto se
cumple para cualquier tipo de conexión de la carga y características de ésta.
Luego, la potencia del
sistema trifásico puede medirse con tres vatímetros monofásicos conectados en
la forma indicada en el esquema. Obsérvese que esto requiere tener acceso al
punto neutro del
sistema.
El vatímetro 1 indicará: PR=UR .IR .cosφR
El vatímetro 2 indicará: PS=US
.IS .cosφS
El vatímetro 3 indicará:PT=UT .IT .cosφT
La potencia total será: P= PR +PS +PT
En los sistemas trifilares la medida de la potencia se realiza conectando los
elementos en la forma indicada en el esquema (conexión Aron). Los vatímetros
monofásicos quedan conectados a una tensión 3 Vf,
desfasadas a 30s
Consideremos los vatímetros monofásicos en forma independiente para estudiar su
comportamiento y medida que permite el cálculo de la potencia total. Se
analizan diferentes tipos de carga:
a- Carga ZR = ZS = ZT =R φ R =φ S = φ T = 0s
Del diagrama vectorial se deduce que el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:
P1=URT IRcos30s
P2=UST IScos30s
Considerando que: URT = UST = U; IRT = IST = I; cos30s =(√3)/2
La potencia total, resulta: P = W1 + W2 =√3 .UI lo que significa cos
φ = 1 valor éste que, de acuerdo al tipo de carga considerado es correcto.
b- Carga ZR = ZS = ZT =R + j X; (X/R)=arctg30s
Del diagrama vectorial se deduce que el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:
P1=URT IRcos0s= U.I
P2=UST IScos60s=0.5 U.I
La potencia total, resulta: P = W1 + W2
c- Carga ZR = ZS = ZT = R + j X; (X/R)= arctg60s
Del diagrama vectorial se deduce que el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:
P1=URT IRcos30s= (√3)/2U.I
P2=UST IScos90s=0
El vatímetro 2 permanecerá en la posición cero y la potencia total, será: P =
W1; = 90s
d- Carga ZR = ZS = ZT = j X; φ =90s
Del diagrama vectorial se deduceque el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:
P1=URT IRcos60s= 0.5U.I
P2=UST IScos120s=-0.5U.I
El resultado negativo nos indica que el vatímetro 2 tenderá a señalar la medida
con movimiento de la aguja en sentido contrario al normal. Para lograr la medida, se
invierte la conexión de tensión (o de intensidad).
Para el tipo de carga considerada la potencia
total será: P = P1 + (-P2 0. En general, cuando uno
de los vatímetros (en este caso el 2), tiende a
señalar en sentido contrario (lo que ocurre para 60s), se invierte la conexión
de uno de sus circuitos y la potencia total se obtiene por diferencia: P = P1 -
P2
c) Relaciones que existen entre la potencia aparente, potencia activa, y la
potencia reactiva.
La potencia activa (P), medida en vatios (W), representa la capacidad del
circuito para realizar un trabajo en un tiempo dado. Debido a los elementos
reactivos de la carga, la potencia aparente (S), medida en voltamperios (VA),
producto de la tensión por la intensidad, será igual o mayor que la potencia
activa. La potencia reactiva (Q), medida en voltamperios reactivos (VAR), es
una medida de la energía almacenada que es reflejada hacia la fuente durante cada ciclo de la corriente alterna.
POTENCIA ACTIVA (P) P = V I COS Ï•
S
= P + jQ
POTENCIA REACTIVA (Q) Q = V I SEN Ï•
POTENCIA APARENTE (S) S = V I
CONCLUSIONES
a–S Cuando se manejan diferentes tipos de conexiones el estudiante se enfrenta
de forma directa con comportamientos diferentes, que son un factor de selección
de un tipo de conexión sobre otro definido por las características particulares
de la conexión.
a–S La potencia que marca el contador (Pcon) es mayor
en la conexión estrella que en la conexión delta o triángulo. Sin embargo, es importante aclarar que esto está relacionado con el
número de inductancias utilizadas por fase.
a–S La forma imprecisa de medir el tiempo que demora
el contador en dar una revolución genera datos erróneos que deben corregirse
con la aplicación de métodos más precisos, por ejemplo, mediante el uso de un
cronómetro.
