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CONEXIÓN TRIÁNGULO DE CARGAS EQUILIBRADAS (DELTA ABIERTO) 4.1. OBJETIVO DEL LABORATORIO. 4.1.1. OBJETIVO GENERAL. Conocer las características de operación de la Conexión Triángulo y la derivada Delta Abierto en un sistema trifásico Tres Hilos de cargas Resistivas, Inductivas, y Capacitivas. 4.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Para alcanzar los objetivos generales debemos manejar adecuadamente los siguientes parámetros eléctricos involucrados en la práctica de laboratorio:           

Conexión triángulo generalizado. Conexión de transformador reductor 380/220 V. Nociones Básicas de Campo Magnético y Campo Eléctrico. Coeficiente de Autoinducción. Capacitancia de un condensador. Conexión Triángulo y Delta Abierto de cargas trifásicas equilibradas. Tensiones y Corrientes de Línea y de Fase en esta conexión. Diagramas senoidales trifásicos Diagramas fasoriales trifásicos carácterísticos. Principio de funcionamiento básico del motor trifásico de inducción. Medición de Potencia activa en redes monofásicas.

4.2. PUNTUALIZACIONES TEÓRICAS. 4.2.1. CONEXIÓN DELTA ABIERTO. La conexión Delta Abierto, derivada de la conexión triángulo, consiste de una carga trifásica al que le falta una fase o que tiene una fase en circuito abierto. Este tipo de conexión se la puede ver generalmente en fuentes de bancos de transformadores, y también tiene su aplicabilidad en cargas no rotatorias. El circuito característico es el siguiente para cargas estacionarias:

En este caso sólo es necesario analizar las tres ecuaciones siguientes y hacer en ellas la corriente de la fase abierta, igual a cero: ̅ - 𝐼 CA ̅ 𝐼 A̅ = 𝐼 AB ̅𝐼 B = 𝐼 BC ̅ - 𝐼 AB ̅ ̅ - 𝐼 BC ̅ 𝐼 C̅ = 𝐼 CA

(I)

̅ 𝐼 A̅ = 𝐼 AB ̅𝐼 B = 𝐼 BC ̅ 𝐼 C̅ = 0 -1-

0 ̅ 𝐼 AB ̅ 𝐼 BC

( II )

Del circuito y de las ecuaciones ( I ) y ( II ), podemos concluir: ̅ ; 𝐼 BC ̅ ; 𝐼 CA ̅ ) y corrientes de línea ( 𝐼 A̅ ; 𝐼 B̅ ; 𝐼 C̅ ),  En la ecuación ( I ), existen corrientes de fase ( 𝐼 AB bien definidas.  En la ecuación ( II ), existe sólo una corriente original de línea, Fase B; en las otras dos fases ‘A y C’, las corrientes de línea originales, son ahora, corrientes de fase, vale decir, que sufren las siguientes modificaciones disminuyen en magnitud ( √3 ) y se desfasan 30º en sentido del giro de fasores y 30º en sentido inverso al giro de fasores involucrados. En su diagrama fasorial representaremos las dos condiciones de trabajo de la conexión triángulo y la conexión delta abierto que impone nuevas condiciones, descritos en la ecuación ( II ).Ver diagramas fasoriales de secuencia negativa para el caso de carga trifásica inductiva conexión triángulo:

El diagrama fasorial de secuencia negativa, conexión Delta Abierto de la carga inductiva:

De este diagrama fasorial podemos puntualizar:  Las corrientes de línea A y C, ahora son de fase y además sufren desfases simultáneos, la primera gira 30º en sentido negativo, secuencia ACB y la segunda gira 30º, en sentido positivo, secuencia ABC.  Existe una sola corriente de línea conceptualmente hablando, y es la corriente en la fase B, quién no sufre ninguna variación respecto al diagrama fasorial original.  Los desfases existentes entre las corrientes de línea B y A es 150º, entre A y C es 60º y entres C y B 150º.

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4.3. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR.  CARGA RESISTIVA Lámparas Incandescentes:  Potencia: 200 W  Tensión: 220 V  4 Unidades ( 2/fase)  CARGA INDUCTIVA Motor de Inducción:  Potencia : 3 KW  Tensión: 380/220 V  Corriente: 10.8/6.27 A  Frecuencia: 50 Hz  Cosϕ: 0.87  CARGA CAPACITIVA Capacitor Monofásico:  Capacidad: 24 μF  Tensión: 380/400 V  Potencia: 1100 - 1220 VA  Frecuencia: 50-60 Hz  2 Unidades (1/fase)

 EQUIPOS DE MEDICIÓN, MATERIAL Y ACCESORIOS  Fuente de Alimentación 380 V,  Transformador trifásico de 380/ 220 V

 Multímetro Electrónico, parámetros requeridas, Voltaje, escala 600 V; Corriente, Shunt Amperimétrico 20 A ; Óhmetro, escala 200 Ω

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 Pinza Amperimétrica, Escala 20 – 200 A

 Vatímetro Monofásico: Escalas: Voltaje 450 V, Corriente 5-10 A

 Calculadora Científica

 Chicotillos con terminales tipo Tenaza, Banana, Mixto con y sin derivación

 Alicates: de Fuerza, de Punta, de Corte

 Destornilladores: Plano y Estrella

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4.4. MONTAJE DEL CIRCUITO. Carga Resistiva:  Identifique el tablero de trabajo, dónde se encuentran las lámparas incandescentes.  Copie fielmente los datos de placa del receptor.  Identifique el transformador que debe usar en esta práctica, éste debe tener 6 terminales accesibles en el arrollamiento primario y secundario.  Conecte un lado del arrollamiento en conexión estrella y el otro en conexión triángulo, con el cuidado respectivo de que debe tener Índice Horario de 5, vale decir, Yd5.  Energice el transformador, lado conexión estrella, no olvide la fuente de alimentación es 380 V, y con la ayuda de su voltímetro, multímetro, verifique la tensión en el lado conectado en triángulo, este debe registrar 220 V. Ver figura

 Con el multímetro, en la escala de continuidad 200 Ω, probar continuidad de las lámparas seleccionadas para la conexión, recuerde que son dos por fase.  Proceda a conectar las cargas, para ello, verifique que cada lámpara tiene dos terminales accesibles, principio y final, conecte en paralelo dos de ellas y obtendrá cuatro terminales accesibles donde dos de ellas se encuentran al mismo potencial, consecuencia de la conexión en paralelo y listos para realizar el arreglo triángulo.  Repita lo mismo con las otras dos fases restantes. Ver Circuito de Análisis.  Realice la conexión triángulo uniendo con un chicotillo a la vez, en arreglo serie principio con final, todas las fases, formando un circuito cerrado, vale decir, fase R con S, fase S con T y fase T con R, correspondientes a distintas fases, un terminal de cada fase que se encuentran al mismo potencial, no interesa la polaridad de en este tipo de carga.  Ahora tiene las tres fases de la carga formando un lazo cerrado, recuerde que para ello se usó tres chicotillos.  Conecte a la fuente de alimentación trifásica, esta vez, formada por un transformador de conexión Yd5, 380/220 V, a cada fase de la malla formada con las cargas, es decir, conecta la fase R de la fuente a un chicotillo que usó para conectar en serie dos fases, proceda con la otra fase, S, a otro chicotillo, que también uso para conectar en serie dos fases de la carga y por último concluya la conexión a la alimentación trifásica uniendo la fase T, al tercer chicotillo que se usó para conectar en serie dos fases de la carga. Ver figura 2.  Cierre el interruptor principal de la línea energizando su carga, deberán iluminar las lámparas con el flujo luminoso nominal, si existe diferencia de iluminación, fíjese las fases se encuentran desequilibradas, no debe existir buen conexión en la carga revise.

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Figura 2  Si todo resulta normal proceda a levantar las lecturas de los diferentes parámetros eléctricos indicados en la parte de Circuito de Análisis y Lectura de Datos.  Realice su trabajo con el respectivo cuidado, la línea de alimentación es de 380 V , usted trabaja con 220 V, cualquier falla serás importante porque se encuentra cerca al transformador principal de suministro eléctrico al Laboratorio. Carga Inductiva:       



 

    

Identifique el motor trifásico con el que llevará adelante su experimento. Copie fielmente los datos de placa del receptor. Fíjese la conexión del transformador usado anteriormente, ahora lo volverá a utilizar. Coloque el motor en una posición, que le permita manipular con toda comodidad. Desconecte los puentes de conexión del motor a experimentar, hágalo con mucho cuidado, no pierda de vista los tornillos, tuercas y puentes de la bornera del motor. Con el multímetro, en la parte del óhmetro, escala de 200 Ω, pruebe la continuidad de los tres devanados existentes en el motor, dibuje el circuito en su hoja de prueba. Habrá identificado los terminales de los devanados del motor, cuya simbología será U1, V1 y W1 – U2,V2 y W2 ó U, V y W – x, y, z, el primero para los motores actuales y el segundo para motores antiguos. Para realizar la conexión triángulo, el motor ya viene con terminales definidos, como lo verificó anteriormente, ahora, sólo debe apelar a sus puentes, éstos son tres, y justamente para hacer la conexión triángulo, coloque los puentes en forma vertical, de esta forma el motor que conectado en triángulo. Si se fija sus apuntes, se están uniendo U1 con W2, V1 con U2 y W1 con V2. En los motores antiguos se unen U con z, V con x y W con y. Realizado la conexión triángulo conecte 3 chicotillos a los 3 puentes, uno por cada uno, ya sea en la parte superior o en la parte inferior, estos tres chicotillos irán a conectarse a la fuente de alimentación de 220 V. Energizar a la carga, motor de inducción, con la tensión de alimentación de 220 V y en 3 hilos, observar el sentido de giro y la velocidad adquirida por el motor. Proceda a levantar lecturas de parámetros eléctricos, característicos. Invierta el sentido de giro del motor con sólo intercambiar dos fases, pueden ser cualquiera de ellas. Verifique las lecturas obtenidas en el punto anterior, según Lectura de Datos. El desfase entre la tensión y corriente en la fase de la carga, denominado Factor de Potecia, se obtendrá no de la placa del motor, sino más bien, por medición. -6-

 Identifique el Vatímetro a utilizar en esta medida, en lo que principalmente concierne a los terminales de línea y de carga, en sus respectivas bobinas de tensión ( 300 V) y de corriente ( 5 A ). Para ello pruebe el instrumento con una carga resistiva, en forma monofásica.  Conecte dos vatímetros según indica la figura 1 y proceda de la siguiente forma:  Con el vatímetro monofásico identificado, línea y carga, conectar en base a la figura 1, registre la primera lectura, vatímetro 1.  Luego proceda a registrar la lectura del vatímetro 2, siempre en base a la figura 1.  Una de las lecturas registrará en forma negativa, ante ello, invierta la bobina de corriente, es decir, lo que es línea a la carga y viceversa, esta lectura debe restar de la anterior lectura positiva, la potencia será la diferencia de lecturas de los dos vatímetros.

 La diferencia de lecturas nos dará la potencia activa real consumida por el motor y en base a él y las lecturas de corriente y voltaje de línea se determinará, el factor de potencia con la siguiente fórmula: 𝑃 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 𝑉∗𝐼 Dónde: P - Potencia total resultante de la diferencia de lecturas V - Voltaje de línea medido con el voltímetro del multímetro I - Corriente de línea medido con el amperímetro del multímetro. Carga Capacitiva:        

Identifique el capacitor monofásico con el que llevará adelante su experimento. Copie fielmente los datos de placa del receptor. El capacitor sólo tiene dos terminales no polarizados. Use tres capacitores de iguales características técnicas, para formar el lazo cerrado, usando tres chicotillos y de éstos derive tres chicotillos para la alimentación de la carga. En las diferentes conexiones del capacitor, actúe tomando siempre el terminal activo para conectar, ello con el respectivo cuidado, así preservará el terminal activo del capacitor. Alimente a los tres restantes terminales accesible, una por fase, la alimentación trifásica de la Red, vale decir, 220 V en 3 Hilos. Para la realización de la medición de corriente en línea tenga cuidado con las corriente IRUSH, en cada conexión y desconexión. Para el descargado del capacitor sométalo a una resistencia ó una bobina y logrará descargar el capacitor sin causar daño al receptor.

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4.5. CIRCUITOS DE ANÁLISIS.  Carga Resistiva:

 Carga Capacitiva:

 Carga Inductiva:

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4.6. LECTURA DE DATOS. CARGA

Corriente Linea (A)

Corriente Fase (A)

RESISTIVA

𝑰𝑨 =1.60 𝑰𝑩 =1.50 𝑰𝑪 =2.89

𝑰𝑨𝑩 =0 𝑰𝑩𝑪 =1.5 𝑰𝑪𝑨 =1.6

INDUCTIVA

𝑰𝑨 =3.13 𝑰𝑩 =5.05 𝑰𝑪 =3.28

𝑰𝑨𝑩 =3.13 𝑰𝑩𝑪 =3.28 𝑰𝑪𝑨 =0

CAPACITIVA

𝑰𝑨 =2.61 𝑰𝑩 =1.40 𝑰𝑪 =1.40

𝑰𝑨𝑩 =1.4 𝑰𝑩𝑪 =0 𝑰𝑪𝑨 =1.4

Voltaje Línea (V)

𝑽𝑨𝑩 =218.2 𝑽𝑩𝑪 =217.7 𝑽𝑪𝑨 =216.5 V= 217.46 𝑽𝑨𝑩 =219 𝑽𝑩𝑪 =219 𝑽𝑪𝑨 =217 V= 218.3 𝑽𝑨𝑩 =219.4 𝑽𝑩𝑪 =219.4 𝑽𝑪𝑨 =219.4 V= 219.4

Potencia (W)

0 326.55 346.40 58.26 59.98 0

Potencia (VA)

0 326.55 346.40 685.97 718.32 0

-

307.16 0 307.16

Cos 𝝋

0 1 1 0.0875 0.0835 0 0 0 0

TRANSFORMADOR

PROMEDIO S

PROMEDIO S

Cerrado Δ Primario Secundario 𝑰𝑨 =11.67 𝑰𝑨 =4.16 𝑰𝑩 =12.32 𝑰𝑩 =4.06 𝑰𝑪 =12.6 𝑰𝑪 =4.20 I = 12.19 I = 4.14 Abierto R-T Primario Secundario 𝑰𝑰 =8.48 𝑰𝑨 =3.13 𝑰𝑰 =12.04 𝑰𝑩 =5.05 𝑰𝑰 =10.07 𝑰𝑪 =3.28 I= 10.19 I = 3.82

Primario 𝑽𝑨𝑩 =222 𝑽𝑩𝑪 =223 𝑽𝑪𝑨 =224 V = 223

Secundario 𝑽𝑨𝑩 =219 𝑽𝑩𝑪 =220 𝑽𝑪𝑨 =221 V = 211.33

Primario 𝑰𝑰𝑰 =228 𝑰𝑰𝑰 =229 𝑰𝑰𝑰 =226 V = 227.67

Secundario 𝑽𝑨𝑩 =219 𝑽𝑩𝑪 =219 𝑽𝑪𝑨 =217 V = 218.33

Calculo del factor potencia Carga inductiva

P1= 30*20= 600W 𝐶𝑂𝑆 𝜑 =

P2= 18*20 =360 W;

PM= P1 – P2 = 240 =240/2=120W

𝑃 120 = = 0.1714 𝑉 ∗ 𝐼 218.33 ∗ 3.205

𝜑 = 𝑐𝑜𝑠 −1 0.1714 = 80.13º

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4.7. CUESTIONARIO. 1. Realice un diagrama Fasorial, a escala, de los parámetros lecturados de Tensión de Línea, Corriente de Línea y de Fase y Factor de Potencia, para cada una de las cargas analizadas. CARGA RESISTIVA DIAGRAMA FASORIAL DE CORRIENTES Y TENSIONES

FACTOR DE POTENCIA DE LA CARGA RESISTIVA

S=1375.95[VA] ϕ=

Q= 672.95[VAR]

P=682.95 [W]

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CARGA CAPACITIVA DIAGRAMA FASORIAL DE CORRIENTES Y TENSIONES

FACTOR DE POTENCIA DE LA CARGA CAPACITIVA

S=672.95[VA] ϕ=

Q= 672.95[VAR] P=0 [W]

CARGA INDUCTIVA DIAGRAMA FASORIAL DE CORRIENTES Y TENSIONES

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FACTOR DE POTENCIA DE LA CARGA INDUCTIVA P=118.24 [W] ϕ= S=1409.25 [VA]

2.

Q= 1404.29[VAR]

Realice un diagrama Senoidal, a escala, de los parámetros lecturados de de Tensión de Línea, Corriente de Línea y de Fase. CARGA RESISTIVA DIAGRAMAS SENOIDAL DE CORRIENTES

DIAGRAMAS SENOIDAL DE TENSIONES

CARGA CAPACITIVA -12-

DIAGRAMAS SENOIDAL DE CORRIENTES

DIAGRAMAS SENOIDAL DE TENSIONES

CARGA INDUCTIVA DIAGRAMAS SENOIDAL DE CORRIENTES

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3.

DIAGRAMAS SENOIDAL DE TENSIONES

4.

En la carga resistiva, se lecturó una corriente de línea y de fase, indicar el significado eléctrico en operación de una planta industrial, referido a la remuneración. En la carga resistiva en lo que se refiere a la remuneración lo que la empresa distribuidora lo que nos factura es la potencia activa el KWh y en esta carga es lo que se consume por lo que se debe de pagar por el consumo, Los parámetros, tensión y corriente se encuentran en fase cuando esta en conexión triangulo pero se desfasa cuando se le haber una fase por lo que ya no se tiene una carga equilibrada si no que se tiene una carga desequilibrada

5.

En la carga inductiva, se lecturó la corriente de vacío de un motor, compare y comente sobre la relación de corriente lecturada y la corriente nominal de placa del motor experimentado. Además comente con la conexión estrella. La carga inductiva de corriente lecturado en laboratorio fue dos corrientes similares y una mas mayor esto debido a la apertura de una fase que simula una falla que pudiese existir por lo que la corriente no se compara con la corriente de la placa del motor es I=10.8/6.27 puesto que estos datos de la placa son para conexione delta y estrella Podemos decir que la conexión delta abierto es lo mismo que la estrella sin una fase, por lo que la conexión delta abierto es una carga desequilibrada

6.

En la carga inductiva, se lecturó la potencia de vacío de un motor, compare y comente sobre la relación de potencia lecturada y la potencia nominal de placa del motor experimentado. Además comente con la conexión estrella. La potencia lecturado en una carga inductiva en conexión delta abierto fue de P=120 [w]/fase esta fue lecturada en las faces que no se abrieron, la potencia nominal en la placa del motor utilizado en laboratorio es de 3000 [w] realizando la comparación pudimos apreciar que la potencia nominal esta muy por encima debido a que la potencia de la placa es bajo carga y en conexión delta o estrella la potencia en delta abierto es menor que la potencia en ambas.

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La conexión delta abierto es más recomendable en fuentes y no así en carga 7.

En la carga inductiva, se lecturó una corriente de línea y de fase, indicar el significado eléctrico en operación de una planta industrial, referido a la penalización. Además comente con la conexión estrella.

En la carga inductiva en conexión delta abierto se lectura una corriente de línea mayor que las otras dos esto nos quiere decir que la carga ya no esta equilibrada por lo que en una industria nos traería problemas por lo que no es recomendable esta conexión en cargas giratorias por que baja la potencia de la maquina. Con relación a la conexión estrella la conexión de delta abierto nos representa la estrella pero sin una fase debido a una falla que pudiese ocurrir. 8. En la carga capacitiva, se lecturó una corriente de línea o de fase, indicar el significado eléctrico en operación de una planta industrial, referido a la bonificación. Además comente con la conexión estrella. En la carga capacitiva se puede decir que la conexión de delta abierto es factible para poder realizar el debido mantenimiento de un banco de condensadores sin sacar fuera del sistema En una planta industrial existe muchos aparatos con carga inductiva y es un consumo de potencia reactiva ya que esta potencia no es muy aprovechable y para un buen rendimiento en esta industria con todos los aparatos es aconsejable instalar un banco de condensadores para contradecir ala potencia reactiva inductiva y que el cos ϕ reduzca por lo que se vera un consumo de potencia activa mayor y esto les beneficia alas distribuidoras por haber mejorado el cos ϕ y de esta manera las plantas industriales se beneficiarían con una bonificación de parte de las empresas eléctricas. 4.8. CONCLUSIONES. En el presente laboratorio podemos ver un tema importante aplicado a los circuitos trifásicos el cual es DELTA ABIERTO con cargas resistivas, inductivas y capacitivas. La conexión Delta Abierto, derivada de la conexión triángulo, consiste de una carga trifásica al que le falta una fase o que tiene una fase en circuito abierto. Este tipo de conexión se la puede ver generalmente en fuentes de bancos de transformadores, y también tiene su aplicabilidad en cargas no rotatorias. Al realizar este laboratorio pudimos ver que cuando se abre una fase, una corriente de fase se convierte en corriente de línea y las otras siguen siendo corriente de fase pero desfasadas 150º con respecto a la corriente de fase que tiene el valor de la corriente de línea. No se puede hacer arrancar un motor en delta abierto puesto que en las bobinas existirá dos fuerzas que se oponen de la misma magnitud y no tiene sentido de giro por lo que necesita romper el momento de inercia por lo que es fácil darse cuenta cuando se energiza un motor trifásico y no arranca puede que una fase no este energizada o exista una falla en ella. La conexión de delta abierto es las recomendable para la conexión de fuentes donde se requieran pequeñas potencias como ser un banco de transformadores monofásicos como es el caso del departamento de Oruro en lo que son las aéreas periurbanas y rurales -15-

También se usa la conexión delta abierto en el mantenimiento de transformadores de un banco de transformadores monofásicos conectados en delta, puede trabajar sin una fase mientras hacen el mantenimiento del transformador monofásico de la fase faltante ya que el banco de transformadores monofásicos conectados en delta es más utilizado para alimentar cargas monofásicas. 4.9. BIBLIOGRAFÍA.

1. Circuitos Eléctricos II 2. Guia de Laboratório Circuitos Eléctricos II 3. Circuitos Eléctricos

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Ing. OSCAR ANAVE LEON Ing. OSCAR ANAVE LEON SCHAUM (3ª EDICION)