7/18/2019 EXPERIMENTO N°3

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CUESTIONARIO

1. Fundamente teóricamente el experimento

SOLUCIÓN

FUNA!ENTO TEÓRICO

a" TENSIÓN

La tensión eléctrica o diferencia de potencial (tambiéndenominada voltaje) es una magnitud física que cuantica ladiferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. La tensiónentre dos puntos A y es independiente del camino recorrido porla carga y depende e!clusivamente del potencial eléctrico dedic"os puntos.

#i dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unenmediante un conductor$ se producir% un &ujo de electrones. 'artede la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladar% através del conductor al punto de menor potencial y$ en ausenciade una fuente e!terna (generador)$ esta corriente cesar% cuandoambos puntos igualen su potencial eléctrico. ste traslado decargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

La tensión se puede medir con un voltímetro. #u unidad demedida es el voltio.

#" CORRIENTE EL$CTRICA

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el &ujo de cargaeléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. #e debe almovimiento de las cargas en el interior del material.

l instrumento usado para medir la intensidad de la corrienteeléctrica es el galvanómetro que calibrado en amperios$ sellama amperímetro y es colocado en serie con el conductor cuyaintensidad se desea medir. La corriente eléctrica se mide enamperes.

c" %OTENCIA EL$CTRICA

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un &ujopor unidad de tiempo es decir$ la cantidad de energía entregadao absorbida por un elemento en un tiempo determinado.

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d" %OTENCIA A%ARENTE

s potencia compleja de un circuito eléctrico de corriente alterna(cuya magnitud se conoce como potencia aparente y se identicacon la letra #). La potencia aparente representa la potencia total

desarrollada en un circuito con impedancia *.

La relación entre la potencia activa y reactiva es+

S=√  P2+Q

2

sta potencia aparente (#) no es realmente la ,-til,$ salvo cuando

el factor de potencia es la unidad (   cosϕ=1 )$ y seala que la red

de alimentación de un circuito no solo "a de satisfacer la energíaconsumida por los elementos resistivos$ sino que también "a de

contarse con la que van a ,almacenar, las bobinas ycondensadores.

#e mide en voltamperios (/A)$ aunque para aludir a grandescantidades de potencia aparente lo m%s frecuente es utili0ar comounidad de medida el 1ilo2voltamperio (1/A).

La fórmula de la potencia aparente compleja es+

S= V . I ¿

e" %OTENCIA ACTI&A

s la potencia que disipa dic"o circuito y se transformaen calor o trabajo. sta potencia es$ por lo tanto$ la realmenteconsumida por los circuitos y$ en consecuencia$ cuando se "ablade demanda eléctrica$ es esta potencia la que se utili0a paradeterminar dic"a demanda.

#e designa con la letra ' y se mide en vatios 23att2 (4) o1ilovatios 21ilo3att2 (14). 5e acuerdo con su e!presión$ la ley de6"m y el tri%ngulo de impedancias+

 P= I . V . cosϕ= I . Z . I . cosϕ= I 2

.Z.cosϕ= I 2

. R

7esultado que indica que la potencia activa se debe alos elementos resistivos.

'" %OTENCIA REACTI&A

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s la potencia utili0ada para la formación de los campos eléctricosy magnéticos$ de sus componentes (bobinas y condensadores).sta potencia &uctuar% entre sus componentes y la fuente deenergía. sta potencia no se consume ni se genera en el sentidoestricto (el uso de los términos ,potencia reactiva generada, y8o,potencia reactiva consumida, es una convención) y en circuitoslineales solo aparece cuando e!isten bobinas o condensadores.sta potencia es conocida como potencia reactiva$ que seidentica con la letra 9 y se mide en voltamperios reactivos (/ar).

(" FACTOR E %OTENCIA

#e dene factor de potencia (f . d . p . ) $ de

un circuito de corriente alterna$ como la relación entre la potenciaactiva$ '$ y la potencia aparente$ #.5a una medida de la capacidad de una carga de absorber

potencia activa. 'or esta ra0ón$ :   f . d . p .=1

; en cargaspuramente resistivas y en elementos inductivos y capacitivos

ideales sin resistencia :   f .d . p .=0 ;.

)" ENER*+A EL$CTRICA

<uando una corriente eléctrica &uye en cualquier circuito$ puedetransferir energía al "acer un trabajo mec%nico o termodin%mico.Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muc"asmaneras -tiles$ como calor$ lu0 (l%mparaincandescente)$ movimiento (motor eléctrico)$ sonido (altavo0)o procesos químicos. #u unidad de medida es el vatio (watt ).

La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mideen vatios2"ora (4")$ o en 1ilovatios2"ora (14"). =ormalmente lasempresas que suministran energía eléctrica a la industria y los"ogares$ en lugar de facturar el consumo en vatios2"ora$ lo "acenen 1ilovatios2"ora (14")

i" T, -TOTAL ,AR!ONIC ISTORSION"

n sistemas eléctricos de corriente alterna los armónicos son

frecuencias m-ltiplos de la frecuencia fundamental de trabajo delsistema y cuya amplitud va decreciendo conforme aumenta elm-ltiplo.

<uando se "abla de los armónicos en las instalaciones de energía$son los armónicos de corriente los m%s preocupantes$ puesto queson corrientes que generan efectos negativos. s "abitual trabajar

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-nicamente con valores correspondientes a la distorsión armónicatotal (>?5).

5enimos >?5 de la siguiente manera+

THD=  ∑  Potenciade los Armonicos

 Potencia de la Frecuencia Fundamental=

 P1+ P

2+ P

3+…+ Ph

 P0

 >odas las medidas de potencia se reali0an en la salida del sistema$mediante un ltro paso banda y un osciloscopio o bien medianteun anali0ador de espectro.

n realidad e!isten varios criterios para denir el >?5$ comoconsiderar la relación entre voltajes o corrientes.

 @a que conocimos el signicado de cada par%metro que lee nuestroanali0ador de redes podemos mostrar el circuito trif%sico que utili0amos.

ste circuito consiste en poner tres bancos (banco resistivo$ capacitivo einductivo) en paralelo que necesariamente poseen un factor de potenciaentre cero y la unidad.0< f .d . p .<1

. emo/trar anal0ticamente ue la lectura del Anali2ador de Rede/indica lo/ par3metro/ el4ctrico/ de la car(a 56R7 L7 C.

SOLUCION

<on el anali0ador de redes podemos tomar los valores de tensión$

corriente$ potencia aparente$ potencia activa$ potencia reactiva$ factorde potencia y >?5. <on estas mediciones podemos obtener lospar%metros eléctricos de cada banco que "emos utili0ado.

5e nuestro circuito+

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8. Como in9u:e el motor : el conden/ado en la lectura de lo/in/trumento/.

SOLUCION!EICIONES EN LA CORRECCIÓN EL FACTOR E %OTENCIA

<omo ya sabemos al aplicar la corrección en una instalación$ dondetenemos uso de motores proporcionando localmente la potencia reactivanecesaria$ se reduce el valor de corriente$ (a igual potencia -tilrequerida)$ y$ por tanto$ la potencia global consumida aguas arriba estoconlleva numerosas ventajas$ entre ellas$ un uso optimi0ado de lasm%quinas (generadores y transformadores) y de las líneas eléctricas(transmisión y distribución).

n el caso de formas de onda sinusoidales$ la potencia reactivanecesaria para pasar de un factor de potencia cosBC a un factor depotencia cosBD es e!presada por la relación (v%lida tanto para sistemastrif%sicos como monof%sicos.

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<on todo esto$ las ventajas principales de la corrección puedenresumirse de la siguiente manera+

Eso optimi0ado de las m%quinas eléctricas.

Eso optimi0ado de las líneas eléctricas. 7educción de las pérdidas. 7educción de la caída de tensión.

;. <=u4 >enta?a/ /e tiene cuando /e u/a un in/trumento di(ital enlu(ar de un in/trumento analó(ico@

SOLUCION

INSTRU!ENTOS ANALÓ*ICOS I*ITALES

'odemos clasicar a los instrumentos de medida de acuerdo al tipo depar%metro que utili0an poder cuanticar y8o medir una magnitud lospar%metros que caracteri0an un fenómeno pueden clasicarse enAnalógicos y 5igitales$ si los valores se pueden tomar en forma continuaestos par%metros ser%n llamados analógicos como por ejemplo+l voltaje de una batería$ la intensidad de lu0$ la velocidad de unve"ículo$ la inclinación de un plano$ etc.'or otra parte se dice que un par%metro es digital cuando solo puedetomar valores discretos$ por ejemplo+ el total de partículas emitidas porun material radioactivo en un segundo$ el n-mero de moléculas$ en unvolumen dado de cierto material$ el n-mero de revoluciones de unmotor en un minuto$ etc.

/eamos a"ora las ventajas y desventajas de usar estos tipos deinstrumentos.

&enta?a/ en in/trumento/ analó(ico/B

ajo <osto. n algunos casos no requieren de energía de alimentación.

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=o requieren gran sosticación. 'resentan con facilidad las variaciones cualitativas de los

par%metros para visuali0ar r%pidamente si el valor aumenta o

disminuye. s sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas no lineales.

e/>enta?a/ en in/trumento/ analó(ico/B

 >ienen poca resolución$ típicamente no proporcionan m%s de F

cifras. l error de paralaje limita la e!actitud a G H.I a plena escala en

el mejor de los casos. Las lecturas se presentan a errores graves cuando el instrumento

tiene varias escalas. La rapide0 de lectura es baja$ típicamente C lectura8 segundo. =o pueden emplearse como parte de un sistema de

procesamiento de datos de tipo digital.

&enta?a/ en in/trumento/ di(itale/B

 >ienen alta resolución alcan0ando en algunos casos m%s de J

cifras en lecturas de frecuencia y una e!actitud de K H.HHD en

mediciones de voltajes. =o est%n sujetos al error de paralaje. 'ueden eliminar la posibilidad de errores por confusión de escalas.  >ienen una rapide0 de lectura que puede superar las CHHH

lecturas por segundo. 'uede entregar información digital para procesamiento inmediato

en computadora.

e/>enta?a/ en in/trumento/ di(itale/B

l costo es elevado. #on complejos en su construcción. Las escalas no lineales son difíciles de introducir. n todos los casos requieren de fuente de alimentación.

. ar D conclu/ione/7 la/ m3/ importante/ del experimentore'erido/ a calidad de ener(0a.

SOLUCION

5e los resultados de la e!periencia se puede concluir lo siguiente+

Los niveles de distorsión armónica en las tres fases son

muy similares entre sí$ lo cual "abla de una distribución similar en

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tipo y cantidad de cargas conectadas en las tres fases en lapro!imidad (eléctrica) del punto de medición.

Los valores de distorsión armónica de las tensiones medidas y el

 >?5 est%n por debajo de los límites m%!imos especicados. A grandes rasgos$ se puede observar que los valores de >?5

varían de manera bastante proporcional a las variaciones que seregistran en una curva de carga "abitual para una red eléctrica.

Ena de las consecuencias m%s notorias de una mala calidad de

energía eléctrica es la presencia de distorsiones armónicas fuera detolerancias aceptables$ lo que conlleva a fallas en las m%quinaselectrónicas y otros equipos sensibles de planta u ocinas. 'or estoes imprescindible un estudio de calidad que nos informe el estadoactual de nuestros circuitos eléctricos$ y con esto poder dar lassoluciones que nos permitan evitar las fallas de nuestros equipos.

<oncluimos también que en un sistema eléctrico la in&uencia de los

armónicos es un problema de gran atención puesto que los efecto y

los daos que estos causan son sumamente in&uyente en la vida -tilde los equipos conectado al sistema y adem%s de esto para elmismo sistema tener una buena funcionabilidad es imprescindible elestudio continuo de los mismos y el comportamiento de estos encualquier sistema eléctrico.

. In9uencia de la/ armónica/ I7 &7 T,I7 T,& en lo/ tipo/ decar(a.

SOLUCION

AR!ONICOS

#on frecuencias enteras o m-ltiplos de n-meros enteros de frecuenciasfundamentales. <uando estas se combinan con las ondas sinusoidalesfundamentales forman una onda distorsionada$ repetitiva$ no sinusoidal.

quipos de consumo no lineal debido al empleo de un circuito derecticación o fuente de poder$ generan corrientes armónicas quepueden ocasionar problemas de distorsión lo cual se re&eja en+

6peración err%tica de equipo. #obre calentamiento de equipo y conductores. alla prematura de equipos. 5isparo de interruptores.

EFECTO E LAS CORRIENTES TENSIONES AR!ONICAS

 

Re/onancia de conden/adore/ de compen/ación del 'actorde potencia

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Los condensadores aumentan la distorsión de un sistema ycontribuyen a producir el fenómeno de resonancia$ es decir$ unaumento de la distorsión enormemente elevado$ que termina por"acer colapsar condensadores o transformadores$ si es que lasprotecciones no operan debido precisamente a la presencia dearmónicas en el sistema.

La solución del problema consiste en agregar una inductancia enserie con el condensador de compensación reactiva como semuestra en la gura adjunta. #i bien$ la distorsión puede disminuirlevemente$ lo m%s relevantes es que desaparecen los riesgos deresonancia. Los condensadores anti resonantes tienen preciossuperiores.

INCRE!ENTO E %$RIAS

Las corrientes armónicas producen un incremento de las pérdidas. n elcaso del transformador se producen dos pérdidas relevantes+

Las pérdidas proporcionales a la resistencia de los arrollamientos y

a la suma al cuadrado de las corrientes fundamentales yarmónicas.

Las pérdidas por corrientes par%sitas que son proporcionales al

cuadrado de la corriente armónica y al cuadrado del orden de laarmónica.

n cables y conductores de cobre sólo la primera de ellas est% presentey por tanto$ es relativamente simple calcularlas con los procedimientosconocidos.

'ara el caso de transformadores el c%lculo es m%s complicado. 5e noe!istir datos dedignos las pérdidas por corrientes par%sitas son un CIde las pérdidas por resistencia en los arrollamientos.

ERRORES E INSTRU!ENTOS

La presencia de armónicas afecta severamente la lectura de los

instrumentos.

In/trumento/ de a(u?a de tipo electrodin3mico

#u principio de funcionamiento es tal que indican el verdaderovalor efectivo (true rms) de la onda. 5ado que empleaninductancias y sólo consideran usualmente "asta la armónica I enforma dedigna.

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In/trumento/ di(itale/ con rectiGcador a la entrada

Miden el valor medio de la onda recticada. #i la onda tienearmónicas$ el instrumento mide un valor inferior al valor eca0. nla medición de corrientes como las registradas en lascomputadoras$ el instrumento mide un FH menos que el valorefectivo (rms).

In/trumento/ de >erdadero >alor e'ecti>o -true rm/"

#on instrumentos digitales$ que emplean un sensor que registra laelevación de temperatura por una resistencia por la cual circulacorriente a medir. 'or tanto$ el instrumento mide el verdaderovalor efectivo de la corriente o voltaje$ incluyendo todas lasarmónicas.

In/trumento/ para medir armónica/

'ara determinar el contenido armónico$ no e!iste otroprocedimiento que emplear un medidor de armónicas$ los que engeneral despliegan en pantalla las formas de onda$ el valor de lafundamental$ de cada armónica$ el valor efectivo$ el valor m%!imoy la distorsión total.

H. *raGcar la/ 'orma/ de onda.

SOLUCION

'ara la 7esistencia+

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N.C N.D N.F N.N N.I N.O N.P N.Q

H

H.I

C

C.I

D

D.I

F

 >?5R

Corriente

T,I

DDI DDO DDP DDQ DDJ DFH

C.QI

C.JC.JI

D

D.HI

D.C

D.CI

D.D

D.DI

D.F

D.FI

 >?/

&olta?e

T,&

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'ara el <apacitor+

D.HO

D.HO

D.HP

D.HP

D.HQ

D.HQ

D.HJ

D.HJ

D.C

D.CC.QI

C.J

C.JI

D

D.HI

D.C

D.CI

D.D

D.DI

D.F

D.FI

 >?5R

Corriente

T,I

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DDI DDO DDP DDQ DDJ DFH

D

D.HI

D.C

D.CI

D.D

D.DI

D.F

D.FI

 >?/

&olta?e

T,&

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'ara el motor+

N.C N.D N.F N.N N.I N.O N.P N.Q

H

H.I

C

C.I

D

D.I

F

 >?5R

Corriente

T,I

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DDI DDO DDP DDQ DDJ DFH

D

D.HI

D.C

D.CI

D.D

D.DI

D.F

D.FI

 >?/

&olta?e

T,&

. Conclu/ione/ : Recomendacione/.

SOLUCION

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<6=<LE#R6=# @ 7<6M=5A<R6=#

Los errores de medición se debe a m-ltiples causas como son+

errores debido a la forma de seal que da la red$ la cual no es enrealidad perfectamente sinusoidal pues tiene distorsiones debidoa los armónicos errores de los instrumentos debido a susensibilidad$ resistencia interna$ etc.

6tra causa para la e!istencia de los pequeos errores$ aparte de

los creados por el tipo de cone!ión$ es que la e!periencia tomocierto tiempo y esto "i0o variar la resistencia (carga) debido a queésta se calienta y aumenta$ en pequea magnitud$ su resistenciacon lo que la potencia varia.

Los cambios bruscos de corriente es producido ya que la corriente

en la inductancia RL compensa la corriente capacitiva R<$ adem%simplica un cambio de signo del %ngulo de desfasaje entre lasarmónicas fundamentales de la tensión y corriente.

#e tuvo un mayor conocimiento de las cone!iones de un tablero

de control y su uso$ teniendo en consideración de los equipos queesta la conforman (contador de energía$ cosfímetro$ vatímetro$voltímetro amperímetro$ transformador de corriente$transformador de voltaje$ conmutador voltimétrico$ conmutadoramperimétrico$ entre otros).

#e debe tener cuidado cuando se energi0a el motor debido a que

cuando se le conecta su torque en el arranque "ace que este semueva y podría desconectar al circuito o inclusive carece de lamesa de trabajo y causar daos.