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Informe de laboratorio 5. Circuitos AC. Santiago A. Contreras, Miguel, Juan Niño.

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Informe de laboratorio 5. Circuitos AC Circuitos Trifásicos. Santiago Andrés Contreras Angarita, Miguel, Juan Niño Galarza.

Universidad de San Buenaventura Sede Bogotá

ABSTRACT: A lo largo de la práctica de laboratorio se analizó un circuito trifásico equilibrado en configuración estrella y delta, y con base en la conexión mencionada se buscó establecer diferencia entre las tensiones de línea y fase respectivamente. De igual forma se realizó una simulación del circuito en cuestión con la ayuda del software OrCAD, con el que se obtuvieron datos aun más confiables para ser comparados con los que fueron calculados, así como con los medidos.

Para obtener los valores simulados se hizo uso del software OrCAD (software utilizado para automatización de diseño electrónico). El circuito simulado junto con los valores de corriente y voltaje se presentan a continuación en la Figuras 2 y 3.

KEYWORDS: Circuito trifásico, fase, estrella, delta, simulación de circuitos.

I. TABLAS DE DATOS Y OBSERVACIONES En las Tablas número 1 y 2 se presentan los datos obtenidos al calcular teóricamente y simular y medir el voltaje y corriente que pasa sobre los diferentes elementos del circuito de la figura 1.

Figura 2. Voltajes Línea a línea OrCAD

El software OrCAD calcula los valores analizando el circuito mediante la configuración Y a Y, es decir, los valores que se observan en la figura 2 hacen referencia al voltaje que hay entre las líneas respectivamente. Ejemplo La equivalencia del voltaje de línea 𝑉𝑎𝑏 es igual a: 𝑉𝑎𝑏 = √3 𝑉𝑚 ∠30° 𝑉𝑎𝑏 = √3 170 ∠30° = 294,4486∠30° Figura 1. Circuito Y a Y Para obtener los valores calculados fue necesario implementar el análisis teórico del circuito de la figura 1 (bitácora de laboratorio).

Informe de laboratorio 5. Circuitos AC. Santiago A. Contreras, Miguel, Juan Niño.

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II. MARCO TEORICO A. Circuito Trifásico En ingeniería eléctrica, un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente valor eficaz), que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120° eléctricos, 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 corrientes tienen magnitudes iguales y están desfasadas simétricamente.

Figura 3. Corrientes OrCAD

Los valores obtenidos mostrados en el esquema anterior (Figura 3), corresponden a las corrientes de línea, del circuito de la configuración Y a Y.

Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (corrientes diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones está desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas, el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas. [1] B. OrcAD

A continuación, en la Tabla 1 y 2 se establecerán los valores de voltaje y corriente simulados y calculados teóricamente.

Tabla 1 Med.

Va. Calculado (Teorico) (VC)

Va. Simulado (VS)

169 ∠32° 𝑣 170 ∠30° 𝑣 169 ∠ − 91° 𝑣 170 ∠ − 90° 𝑣 169 ∠ − 210° 𝑣 170 ∠ − 210° 𝑣 294.50 ∠28° 𝑣 294.44 ∠30° 𝑣 294.50∠ − 90° 𝑣 294.44 ∠ − 90° 𝑣 294.50∠ − 210° 𝑣 294.44 ∠ − 210° 𝑣 Tabla 1. Voltajes

Va Vb Vc Vab Vbc Vac

Error ab. VCVS (Magnitu d) 1V 1V 1V 0.06V 0.06V 0.06V

Por. Error (Error/ VC*10 0) 0.5% 0.5% 0.5% 0.02% 0.02% 0.02%

Tabla 2 Med.

Ia Ib Ic IAC ICB IBA IaA IbB IcC

Va. Calculado (VC)

Va. Simulado (VS) 4.6414 ∠ − 55° 𝐴 4.6422 ∠ − 54° 𝐴 4.6414 ∠ − 175° 𝐴 4.642 ∠ − 175° 𝐴 4.6414 ∠65° 𝐴 4.6422 ∠63° 𝐴 3.468 ∠ − 75° 𝐴 3.470∠ − 75° 𝐴 3.468 ∠ − 135° 𝐴 3.470∠ − 135° 𝐴 3.468 ∠ − 15° 𝐴 3.470 ∠ − 15° 𝐴 3.468 ∠45° 𝐴 3.465 ∠45° 𝐴 3.468 ∠15° 𝐴 3.465 ∠15° 𝐴 3.468 ∠ − 15° 𝐴 3.465 ∠ − 15° 𝐴 Tabla 2. Corrientes.

Error ab. VCVM 0.08 A 0.08 A 0.08 A 0.02 A 0.02 A 0.02 A 0.03 A 0.03 A 0.03 A

Por. Error (Error/VN *100) 0.68% 0.68% 0.68% 0.16% 0.16% 0.16% 0.27% 0.27% 0.27%

OrCAD es un software propietario utilizado para automatización de diseño electrónico (EDA). El software es usado por técnicos e ingenieros de diseño fundamentalmente para simulación electrónica, crear esquemas electrónicos y elaborar esquemas de circuito impreso para manufacturar placas de circuito impreso (PCB). El nombre OrCAD proviene del lugar de origen de la compañía que lo desarrolla: Oregon + CAD [2] C. Voltajes Trifásicos. Los sistemas eléctricos industriales generalmente son circuitos trifásicos debido a la potencia de trabajo y al ahorro de energía que éste conlleva, operan generalmente mediante 3 tensiones de igual magnitud y desfasadas 120° eléctricos (sistemas trifásicos equilibrados). En estos sistemas trifásicos equilibrados, aparecen las tensiones de línea y de fase, las primeras se miden entre las líneas activas y las tensiones de fase entre líneas y el conductor neutro de tierra. Las configuraciones de este tipo de circuitos generalmente son en combinaciones estrella o triangulo, tanto para los generadores y cargas como transformadores y motores eléctricos.

Informe de laboratorio 5. Circuitos AC. Santiago A. Contreras, Miguel, Juan Niño. Los voltajes trifásicos se pueden representar de la siguiente manera: 𝑉𝑎(𝑡), 𝑉b(t), Vc(t) Donde, 𝑉𝑎(𝑡) = 𝑉𝑚 cos 𝜔𝑡 𝑉𝑏(𝑡) = 𝑉𝑚 cos( 𝜔𝑡 − 120°) 𝑉𝑐(𝑡) = 𝑉𝑚 cos( 𝜔𝑡 − 240°)

[2]

III. GRÁFICOS Y CONFIGURACIONES Se obtuvieron los siguientes gráficos resultantes de las configuraciones propuestas:

Figura 6. Corrientes circuito Y a Y

Figura 4. Medición voltaje línea a línea

Figura 7. Grafico corrientes circuito Y a Y

Figura 5. Grafico Voltajes de línea a línea

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Informe de laboratorio 5. Circuitos AC. Santiago A. Contreras, Miguel, Juan Niño.

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Figura 9.Medicion corrientes circuito ∆ a Y Figura 11. Grafico II corrientes circuito ∆ a Y

IV. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS Los valores de voltaje y corriente de los circuitos propuestos, simulados en el laboratorio son muy cercanos a los valores calculados previamente a la práctica. La diferencia y error que se observa entre estos valores, se debe a que: 1. Los valores teóricos, tienden a tener cierto margen de error debido a las cifras significativas a las que refieren varias calculadoras, por defecto.

Figura 8. Grafico corrientes circuito ∆ a Y

2. La simulación establece valores exactos según se ubiquen los medidores en el software, es decir, se debe medir de manera adecuada para obtener los datos exactos y que haya una relación coherente respecto a los cálculos teóricos del laboratorio.

V.

Figura 10. Medición corrientes C circuito ∆ a Y

CONCLUSIONES



Se puede ver que, para todas las mediciones de voltaje en cada configuración, el error no supera el 1%, por lo que se puede concluir que los cálculos realizados previamente a la práctica fueron llevados a cabo correctamente y que este error es insignificante para este caso.



En cuanto a las conexiones, se nota la relación que coexiste entre una y otra, es decir, la similitud que se esperaba con base en los cálculos teóricos, para las corrientes y los voltajes que resultaron la simulación de ambas configuraciones.



Se comprueba la efectividad del análisis de circuitos mediante el software orcAD, debido a la alta precisión de datos y simulación, y comprueba la eficacia con la que se consolida como una herramienta bastante útil al momento de analizar cualquier tipo de circuitos eléctricos.

Informe de laboratorio 5. Circuitos AC. Santiago A. Contreras, Miguel, Juan Niño.

REFERENCIAS [1]

R.C Dorf, J. A. Svoboda. Circuitos eléctricos, introducción al análisis y diseño. Tercera edición. Alfa Omega, 2000.

[2]

R Dorf. J. A. Svoboda. Circuitos Eléctricos. Alfa Omega, 2014. Novena edición.

[3]

Raymond A. Serway. Physics for Scientists and Engineers. Saunders College Publishers 3rd edition. Hardcover, 1997

[4]

A J Conejo. Circuitos eléctricos para ingeniería. Primera Edición. McGraw-Hill Interamericana de España S.L, 2004.

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