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Universidad Tecnológica de Panamá Facultad Eléctrica Laboratorio Nº16

Voltaje y Corriente en CA

1-IE-131 (B)

Samuel Camarena 8-851-2021 Luis Berrocal 8-877-1803 Luis Ng 2-716-946 Moisés Castrejo 8-876-1285 Waldo Morán 8-871-1096

Profesor: José Aténcio

8 de Abril del 2014

PROCEDIMIENTO: 1. La carga del circuito de la figura 4 es de tipo resistivo. El medidor de corriente de c-a indica 35.3 amperes (rmc) y el voltímetro de c-a señala 70.7 volts (rmc).

Calcule la potencia que proporciona la fuente. E

70.7

xI

35.3

=

2495.71

VA

¿Es esta la potencia “real” o “aparente”? Potencia Aparente ¿Indica el vatímetro esta potencia? Si, porque S=P en resistencias ¿Están en fase las ondas del voltaje y la corriente? Si, cuando la carga es una resistencia pura 2. Las ondas del voltaje y la corriente del circuito ilustrado en la figura 4, aparecen en la gráfica de la figura 5.

La curva de potencia instantánea aparece dibujada también en la misma gráfica. Observe que esta curva, p, es sinusoidal y pasa por dos ciclos completos durante un ciclo (360º) del voltaje o la corriente.

a) ¿Tiene la curva de potencia una parte negativa cuando la carga del circuito es resistiva? No, solo se muestran en cargas inductivas y capacitivas b) ¿Es esta potencia “real”? No c) ¿Puede determinar visualmente si la potencia media de un ciclo (360º) es en realidad ½ de la potencia de pico? Si, ya que Pm=Vm Im/Im d) ¿Cuál es la potencia media? 2500 W Pm = Pmax/2 = 5000/2 = 2500W 3. La carga del circuito que aparece en la figura 6 es capacitiva. Cuando la carga es una capacitancia, la corriente se “adelanta” 90º al voltaje. (La corriente tiene exactamente la misma forma de onda que la de los procedimientos 1 y 2; pero se ha desviado 90º a la izquierda.) El medidor de corriente en c-a indica 35.3 amperes (rmc) y el voltímetro indica 70.7 volts (rmc).

Calcule la potencia que proporciona la fuente. E

70.7

xI

35.3

=

2495.71

VA

¿Es esta potencial “real” o “aparente”? Potencia Aparente

¿Señala el vatímetro esta potencia? No, porque el vatímetro solo mide potencia real y no reactiva

4. Las ondas del voltaje y de la corriente del circuito de la figura 6 se ilustran en la gráfica de la figura 7. Observe que cuando el voltaje instantáneo e se encuentra en su valor máximo, la corriente instantánea i está en cero. Por el contrario, cuando la corriente instantánea i llega a su valor máximo, el voltaje instantáneo e es cero. 5. En la tabla 1 se muestran los valores de corriente y voltaje instantáneos a intervalos de 45º. Calcule los valores de potencia instantánea para cada uno de los intervalos de 45º y complete la tabla 1.

Gdos. (º)

0

45

90

135

180

225

270

315

360

e

0

70.7

100

70.7

0

-70.7

-100

-70.7

0

i

50

35.3

0

-35.3

-50

-35.3

0

35.3

50

p

0

2496

0

-2496

0

2496

0

-2496

0

Tabla 1

6. Marque los valores de potencia calculados a intervalos de 45º en la gráfica de la figura 7 y trace una curva de potencia que pase por dichos puntos. Recuerde que la curva de potencia es sinusoidal y tiene dos ciclos completos por cada ciclo (360º) de voltaje o corriente. 7. De acuerdo con la curva de potencia graficada, determine los siguientes datos: a) Potencia de pico = 2496 W b) La potencia de pico se produce a = 225º c) ¿Se hace negativa alguna vez la potencia instantánea? Si, en algunos invervalos

d) ¿Tienen la misma magnitud todos los picos de la curva de potencia? Si, tanto positivos y negativos es la misma magnitud e) Compare la superficie encerrada dentro de la curva positiva de potencia y la que queda bajo la curva negativa de potencia, ¿son iguales? Si f) La potencia máxima (aparente) correspondiente a un ciclo completo (360º) en voltamperes = 2496 VA g) La potencia media (real) de un ciclo completo (360º) en watts = 0 W

8. La carga del circuito ilustrado en la figura 8 es inductiva. Cuando la carga es inductiva, la corriente se atrasa 90º en relación al voltaje. (La corriente tiene la misma forma de onda que las de los procedimientos 1 y 2; pero se ha desviado

90º a la derecha.) El medidor de corriente de c-a indica 35.3 amperes y el voltímetro en c-a señala 70.7 volts.

Laboratorio de Ingeniería Eléctrica

Calcule la potencia que proporciona la fuente. E

70.7

xI

35.3

=

2496.71

VA

¿Es esta potencia “real” o “aparente”? Potencia Aparente

¿Indica el vatímetro esta potencia? No, porque el vatímetro solo indica potencia real no reactiva

9. Las formas de onda del voltaje y la corriente del circuito de la figura 8, aparecen ilustradas en la gráfica de la figura 9. Observe que cuando el voltaje instantáneo e se encuentra en su valor máximo, la corriente instantánea i está en cero. Por el contrario, cuando la corriente instantánea i llega a su valor máximo el voltaje instantáneo e es cero. 10. En la tabla 2 se ilustran los valores de corriente y voltaje instantáneos a intervalos de 45º. Calcule los valores de potencia instantánea para cada intervalo de 45º y complete la tabla 2.

Gdos. (º)

0

45

90

135

180

225

270

315

360

e

0

70.7

100

70.7

0

-70.7

-100

-70.7

0

i

-50

-35.3

0

35.3

50

35.3

0

-35.3

-50

p

0

-2496

0

2496

0

-2496

0

2496

0

Tabla 2 11. Marque en la gráfica de la figura 9 los valores de potencia calculados a intervalos de 45º, y trace la curva de potencia a través de estos puntos. Recuerde que esta curva es sinusoidal y que tiene dos ciclos por cada ciclo (360º) de voltaje o corriente.

12. De acuerdo con la curva de potencia graficada, determine los siguientes datos: a) Potencia de pico = 2496 W

b) La potencia de pico se produce a 225º c) ¿Se hace negativa la potencia instantánea en algún punto? Si en algunos intervalos

d) ¿Tienen la misma magnitud todos los picos de la curva de potencia? Si, en la parte positiva y negativa de ña grafica de potencia e) ¿Son iguales el área encerrada bajo la curva positiva de potencia, y la que está bajo la curva negativa de potencia? Si f) La potencia máxima (aparente) de un ciclo completo (360º) en voltamperes = 2496 VA g) La potencia promedio (real) de un ciclo completo (360º) en watts = 0 W

Prueba de Conocimiento 1 – Si en un ciclo toda la potencia instantánea queda bajo las curvas positivas la carga debe ser: a) una resistencia b) un inductor o capacitor

Una resistencia, en las resistencias la potencia instantánea siempre son positivas (dos curvas en un ciclo completo) 2 – En los siguientes espacios, haga un dibujo que indique lo siguiente: a) Una corriente que tenga un atraso de 60° en relación con el voltaje.

b) Una corriente que se adelante 60° al voltaje.

c) Una corriente que tenga un atraso de 180° en relación con el voltaje.

3 – Un vatímetro indicara cero cuando la corriente se atrasa 90° con respecto al voltaje. Explique El vatímetro indicara 0 porque en estos casos se refieren a cargas inductivas o capacitivas donde su potencial real es igual a 0. 4 – Suponiendo que se tiene un sistema de 60Hz, determine en segundos el atraso que tiene el pico de corriente positiva con respecto al pico de voltaje positivo, cuando la corriente va atrasada en relación al voltaje en los siguientes grados:

a) 90° 90° x ∏ / 180° x 1 s/120∏ = 4,167 ms

b) 0° 0° x ∏ / 180° x 1 s/120∏ = 0 ms

c) 60° 60° x ∏ / 180° x 1 s/120∏ = 2.778 ms

Investigación # 1

Un transformador de corriente (TC) es un transformador que mide la corriente de otro circuito. Se acopla a un amperímetro en su propio circuito aislando las altas corrientes para llevar a cabo esta medición. Un uso común es para determinar la corriente en un circuito. Esto es especialmente útil para el seguimiento de líneas de alta tensión a lo largo de la red eléctrica. Otra función del TC es la protección de los equipos de medición sensibles. Al aumentar el número de (secundario) devanados, N2, la corriente en el TC se puede hacer mucho más pequeña que la corriente en el circuito primario que se mide. Esto es relevante porque la corriente alta produce calor que puede dañar los equipos de medición sensible, tales como la resistencia en un amperímetro. La reducción de la corriente protege el amperímetro. También evita que el calor altere la exactitud de la medición. Los TC también protegen las principales líneas de la red eléctrica. Un relé de sobrecorriente es un tipo de relé de protección (interruptor), funciona como un interruptor automático si una corriente de alto voltaje excede un valor predeterminado. Los relés de sobreintensidad utilizan una TC para medir el corriente, puesto que la corriente de una línea de alta tensión no puede medirse directamente. La función de un Transformador de Voltaje, llamados PT´s, es reducir el voltaje y aislar galvánicamente su lado secundario y conectarse de forma segura con los circuitos de medida en el lado de baja tensión. Generalmente los PT's tienen una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos conectados a su secundario. El primario de un transformador de potencial se conecta en paralelo con el circuito de potencia y en el secundario se conectan los instrumentos o aparatos de protección. De esta forma se obtiene un aislamiento entra el lado de Alta tensión con respecto de los circuitos de Baja tensión donde están los voltímetros o instrumentos de medida, relés o controladores.

Conclusión

Con el análisis realizado se pudo observar que cuando a un circuito que solo contiene un capacitor o un inductor este presenta un desfase de la corriente con respecto al voltaje, de un valor de

90° eléctricos; esto a su vez genera que la

potencia media absorbida por el circuito sea cero, ya que la mayor parte de la potencia es guardada en el campo eléctrico en el caso del capacitor y en el campo magnético en el caso del inductor, así cuando el circuito llega a un pico máximo de voltaje la corriente fluye en sentido contrario al ir disminuyendo el voltaje a cero.