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• Jesus Castillo

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Curso: Circuitos III Polanco

Profesor(a): Marcela Paredes

Instructora: Fulvia

Medicion de la potencia trifásica Nombre Jesús Castillo

cédula 4-808-2303

Nombre Héctor Murgas

cédula 4-805-135

Nombre Angel Justavino

cédula 8-954-2425

Licenciatura en Ingeniería Electromecánica – Facultad de Ingeniería Eléctrica – Universidad Tecnológica de Panamá

Resumen: En este laboratorio concluiremos con los circuitos trifásicos balanceados y sus potencias. analizaremos diferentes circuitos y cómo se comportan sus potencias como los vatios, volt amperes y los vars. también un punto importante a estudiar en este laboratorio sería el factor de potencia donde en algunos casos serán de la unidad y otros de algún otro factor relevante para el circuito. Palabras Claves: Potencia Real, Potencia Reactiva, Potencia Aparente, Corriente de línea, Voltaje de línea a línea, Voltaje de línea a neutro, Factor de potencia

Abstract: In this laboratory we will conclude with balanced triphasic circuits and their powers. We will analyze different circuits and how their powers behave such as watts, volt amperes and vars. also an important point to study in this laboratory would be the power factor where in some cases they will be of the unit and others of some other relevant factor for the circuit. Key Words: Real Power, Reactive Power, Apparent Power, Line Current, Line to Line Voltage, Line to Neutral Voltage, Power factor

1.

Introducción En

2.

    

Materiales Módulo de fuente de energía (0-120V c-a) Módulo de vatímetro trifásico

Módulo de medición de CA (2. 5ª) Módulo de medición de CA (250V) Módulo de Resistencia

  

3.

Módulo de capacitancia Módulo de inductancia

Cables de conexión

Desarrollo y Resultados EXPOSICIÓN El vatímetro, usado para medir potencia, es un instrumento cuyo diseño se parece al del electrodinamómetro. Este medidor tiene casi siempre dos bobinas, una fija y la otra que puede girar dentro del campo magnético de la primera. El devanado fijo se conecta en serie con la línea. La bobina móvil, que tiene una resistencia alta, se conecta a través de la carga (esa porción del circuito en la que la potencia se debe medir). Por lo tanto, la pequeña corriente de la bobina es proporcional al voltaje entre estas dos terminales. Esta bobina al girar vence la acción de un resorte helicoidal, y, puesto que el par es proporcional al producto de los valores de las corrientes de las dos bobinas, también es proporcional al producto de la corriente I y el voltaje E. En consecuencia, la escala se puede graduar directamente en watts. Estudie la Figura 47-1. La bobina fija de corriente, A, está en serie con la carga. La deflexión resultante es directamente proporcional a la potencia real entregada a la carga.

Figura 47-1: medición de potencia de una carga monofásica con vatímetro monofásico Si se desea medir la potencia suministrada por un sistema trifásico de cuatro hilos, simplemente se utilizan tres vatímetros monofásicos conectados en la forma que se muestra en la Figura 47-2, y se suman las tres lecturas.

Figura 47-2: sistema de alimentación trifásico de cuatro hilos donde se mide con 3 vatímetros la potencia de una carga en conexión estrella. No obstante, cuando el sistema es trifásico y de tres hilos o conductores, sólo se utilizan dos vatímetros monofásicos para medir la potencia. Vea la Figura 47-3. Las dos bobinas de corriente llevan las corrientes de dos líneas y las dos bobinas de voltaje se conectan a la línea restante. Observe que no se hace ninguna conexión al hilo neutro. La potencia trifásica total es igual a la suma algebraica de las lecturas de los dos vatímetros.

Figura 47-3: sistema trifásico y de tres hilos donde se mide con dos vatímetros la potencia de una carga en conexión estrella.

Para las cargas balanceadas a un factor de potencia igual a 1, las indicaciones de los vatímetros serán idénticas. Cuando el factor de potencia de la carga es 50 por ciento, un medidor indicará cero y el otro indicará la potencia trifásica total. Para factores de potencia intermedios entre 50 y 100 por ciento, un medidor indicará una potencia mayor que la del otro. Para factores de potencia inferiores al 50 por ciento, la indicación de uno de los medidores será negativa y el total de la potencia trifásica será la que indique un

medidor menos la potencia negativa que indica dando en total una potencia cero. Por consiguiente, existe una relación específica entre las indicaciones de los medidores para cada valor del factor de potencia del circuito. El Módulo EMS de vatímetro trifásico 8441, se compone de dos vatímetros y tiene una conexión tal que sólo se requiere conectar las líneas trifásicas a las terminales de entrada 1,2, y 3. La carga se conecta a las terminales de salida 4,5 y 6. Los interruptores con marcas de polaridad indican si las lecturas dadas por el medidor son positivas o negativas. PROCEDIMIENTOS 1. Conecte el circuito ilustrado en la Figura 47-4. 2. a) Ajuste la resistencia de cada sección a 300 ohm. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a 208V c-a, según lo indique el voltímetro V1. c) Mida y anote la corriente de línea I1 y la potencia indicada por W1 y W2. I1 =0.4A c-a P1 =48W P2 =48W d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 3. De acuerdo con los resultados obtenidos en (c) calcule los valores trifásicos de: Potencia aparente (E1 x I1 x 1,73) S= E1 x I 1 x 1,73 S=(120.1 V ) x (0.4 A) x 1,73 S= 83.11VA Potencia real

E1 ∗3=83.11W √3 Factor de potencia Factor de potencia = P / S P 83.11 =1 Fp = = S 83.11 ¿Es cercano a la unidad el valor del factor de potencia? Sí, el factor de potencia es “1” Amplíe su respuesta: P= I 1 ∙

R//Esto es porque la carga en el circuito trifásico es resistiva 4. a) Sustituya el módulo de resistencia con el de capacitancia. b) Ajuste la reactancia de cada sección a 300 ohm. 1 X c= 2 πwC 1 C= 2 πw X c 1 C= 2 π (60 Hz)300 C=8.84 F c) Repita el Procedimiento 2. I1 =400 mA c-a P1 = -48 W P2 = 48 W P1 + P2 = 0 W d) De acuerdo con los resultados de (c) calcule los siguientes valores trifásicos:

Potencia aparente: S= E1 x I 1 x 1,73 S= (120.1∗0.40∗1.73 ) S = 83.11 VA. Potencia real P= 0 W

No existe potencia real o activa porque las cargas son capacitivas, por lo tanto, la potencia suministrada será únicamente potencia reactiva.

Factor de potencia Fp =

P 0 = =0 S −83.11

Potencia reactiva Q= ( √ 3 ) V L I L sin Ɵ Q= ( 120.1∗0.40∗1.73 sen [ −90 ] ) Q=−83.11 VAR 5. a) Reemplace el modelo de capacitancia con el de la inductiva. b) Ajuste la reactancia de cada sección a 300 ohm. X L =2 πwL L=

XL 2 πw

L=

300 2 π (60 hz)

L=795.77 mH c) Repita el procedimiento 2. I1= 394.87 mA c.a. P1= 0.41 W P2= -0.41 W P1 + P2= 0 W d) De acuerdo con los resultados obtenidos en (c), calcule los siguientes valores trifásicos: Potencia aparente: S= E1 x I 1 x 1,73 S= (120.1∗400 mA∗1.73 ) S = 83.11VA Potencia real P= 0 W No existe potencia real o activa porque las cargas son puramente inductivas, por lo tanto, la potencia suministrada será únicamente potencia reactiva.

Factor de potencia P 0 =0 Fp = = S 83.11 Potencia reactiva Q= ( √ 3 ) V L I L sin Ɵ Q= ( 207.85∗39 8 . 0 mA∗1.73 sen [ 90 ] ) Q=83.11 VAR PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1.- Si se usan dos vatímetros para medir la potencia total en un sistema trifásico de tres conductores, ¿mide una potencia monofásica cada medidor? Explíquelo No, ya que con dos vatímetros estamos usando el voltaje que hay entre línea a línea, y no el voltaje que hay de línea a neutro, si deseáramos medir la potencia monofásica, deberíamos realizar la siguiente configuración, tomando como ejemplo una carga resistiva: En la que conectamos el voltímetro del vatímetro, a neutro y no a la otra línea. 2.- ¿Qué significa la indicación negativa de un vatímetro? Indica que el ángulo de desfase de la corriente con respecto a la tensión es un ángulo mayor a 90°, por lo tanto, el factor de potencia es negativo, y la potencia real también lo será. 3.- ¿Bastaría con un solo vatímetro para medir la potencia trifásica total en un sistema trifásico balanceado de cuatro hilos? Si Explique por qué: Como se pudo observar em el punto 1 de la prueba de conocimiento, al ser un circuito trifásico balanceado, la potencia monofásica será la misma para cada fase, por lo que podemos conocer la potencia total del circuito (potencia trifásica), multiplicando esta potencia monofásica por 3, es decir, sumando las tres potencias monofásicas. Sin embargo, esto se complica al tener cargas inductivas o capacitivas en el circuito (debido a los signos de la potencia).

4.- ¿Es necesario utilizar dos vatímetros para medir la potencia trifásica total en un sistema balanceado de tres conductores? No es necesario, pero resulta más eficiente Explique por qué: Como se explicó en el punto anterior, es posible medir la potencia total utilizando un solo vatímetro, sin embargo, esto se puede llegar a complicar cuando tenemos cargas inductivas y capacitivas, en cuyo caso se tendrían que medir las tres potencias monofásicas y sumarlas de forma individual, lo que conllevaría mucho más tiempo de trabajo, por lo que resulta

más eficiente utilizar dos vatímetros y encontrar la potencia total del circuito tal y como se hizo en este laboratorio. 5.- ¿Puede indicar cero un vatímetro que tiene una corriente que pasa por su bobina de corriente y un potencial en su bobina de voltaje? Si Amplié su respuesta: Recordemos que el vatímetro mide la potencia real del sistema, por lo que toma los valores de corriente y voltaje, además del factor de potencia, es decir, del coseno del ángulo de desfase entre la tensión y la corriente, por lo que si existe un desfase que lleve a que el factor de potencia del circuito sea cero (desfaces de múltiplos 90°, por ejemplo) entonces la potencia real (potencia medida por el vatímetro) será cero.

4.

Conclusiones -

-

Existen distintas formas de medir la potencia trifásica total de un circuito, sin embargo la más eficiente es mediante el uso de dos vatímetros, cuyas potencias, al sumarse equivalen a la potencia total del circuito, la otra forma que existe es mediante la medición de las potencias monofásicas de forma individual y su suma para determinar la potencia trifásica total, este procedimiento puede ser mucho más tardío y tedioso, por lo que resulta mejor encontrar la potencia total por el método de los dos vatímetros. La potencia trifásica de un circuito está relacionada con los voltajes y corrientes de línea a línea, en el caso de un circuito con fuentes en estrella (como el visto en el laboratorio de hoy), el voltaje de línea a línea de un circuito esta dado por

V linea =√ 3V Fase, por lo que es más sencillo el calculo de la potencia trifásica total por el método de los dos vatímetros, ya que usamos directamente el voltaje de línea a línea para su cálculo, y al ser una configuración de cargas en estrella, la corriente de línea a línea será la misma corriente de línea a neutro, por lo que únicamente con dos vatímetros, conectados correctamente (voltímetro midiendo el voltaje de línea a línea y amperímetro midiendo corriente de línea a neutro, que resulta la misma corriente de línea a linea) podemos encontrar la potencia total del circuito trifásico balanceado mediante la suma de las potencias mostradas por los dos vatímetros.

5.

Anexos

Figura 1. Circuito 1

Figura 2. Valores medidos del circuito 1

Figura 3. Circuito 2

Figura 4. Valores medidos del circuito 2

Figura 5. Circuito 3

Figura 6. Valores medidos del circuito 3