lab04 metrologia

Alumno (os):

Camargo Farfán Edwin

Mamani Ccalla Jessyca

Zamata Colque Alexandra

Grupo : C Nota:

Semestre : III

Fecha de entrega : 26

09

16

Hora:

ELECTROTECNIA INDUSTRIALPROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

“MEDICIÓN DE POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFASICOS”

LABORATORIO N° 04 CODIGO: EE3070

METROLOGIA ELECTRICA

Laboratorio de Metrología EléctricaPágina 3/12

I.- OBJETIVOS:

Conectar en forma correcta un equipo de medición de potencia en circuitos trifásicos. Medir en forma indirecta la potencia que consume una carga. Determinar el tipo de potencia reactiva consumida por diferentes tipos de carga.

II.- RECURSOS:

01 Fluke 43B 01 Multímetro digital 01 Pinza amperimétrica 01 Motor trifásico tipo “jaula de ardilla” 01 Freno de polvo magnético 01 Carga resistiva triple modelo SE2666-9N 01 Carga inductiva modelo SE2662-8B 01 Carga capacitiva modelo SE2662-8G 01 Interruptor tripular (S1) 01 Fuente de tensión AC/DC variable. Cables de conexión

EQUIPO IMAGEN

01 Fluke 43B

Fig. 1 Fluke 43B

01 Multímetro digital

Fig. 2 Multímetro digital 01 Pinza amperimétrica

Fig. 3 Pinza amperimétrica 01 Motor trifásico tipo “jaula de

ardilla”


Fig. 4 Motor trifásico tipo “jaula de ardilla” 01 Freno de polvo magnético

Fig. 5 Freno de polvo magnético 01 Carga resistiva triple modelo

SE2666-9N

Fig. 6 Carga resistiva triple modelo SE2666-9N 01 Carga inductiva modelo

SE2662-8B

Fig. 7 Carga inductiva modelo SE2662-8B 01 Carga capacitiva modelo

SE2662-8G

Fig. 8 Carga capacitiva modelo SE2662-8G 01 Interruptor tripular (S1)


Fig. 9 Interruptor tripular (S1) 01 Fuente de tensión AC/DC

variable.

Fig. 10 Fuente de tensión AC/DC variable. Cables de conexión

Fig. 11 Cables de conexión

III.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

POTENCIA ACTIVA

La potencia eléctrica viene dada por el producto de tensión e intensidad. En la figura 1 se ha representado un circuito resistivo de c.a. junto con sus correspondientes curvas de variación de la tensión y potencia, obtenida ésta última como producto de los valores instantáneos de tensión e intensidad.


Figura No 1 Circuito resistivo

En el circuito de la figura anterior 1, al estar en fase la tensión y la corriente ambas mantienen, en todo momento, el mismo signo, por lo que su producto es siempre positivo.El valor medio de la potencia, resulta de dividir el área de un ciclo por el periodo correspondiente.Para el caso de una resistencia equivale al producto de los valores eficaces de tensión e intensidad.

P = V · I

Se denomina potencia activa o media a la que disipa una resistencia en forma de calor.


POTENCIA REACTIVA

En el esquema de la figura 2 se contempla un circuito reactivo puro y también se han representado las curvas de tensión, corriente y potencia que corresponden a una inductancia pura. El razonamiento sería análogo si se tratase de una capacidad pura.

Figura N° 2. Circuito reactivo puro

Obsérvese en la figura 2 que el desfase de 90º entre tensión y corriente hace que vayan alternándose los intervalos en que ambas tienen el mismo signo, con otros, de igual duración, pero con signos contrarios. Esto origina que la curva de potencia alterne semiciclos positivos y negativos idénticos entre sí, por lo que su valor medio es cero. Si en los intervalos positivos de la curva de potencia, la carga absorbe energía del generador, en los negativos ocurrirá lo contrario; es decir, la carga aporta energía al generador.Lo expuesto no debiera suponer una sorpresa, pues ya se estudió como una bobina absorbe energía en los momentos de crecimiento de la intensidad, almacenándola en forma de campo magnético, para devolverla cuando la intensidad decrece. En un circuito constituido por reactancias puras, el producto de los valores eficaces de tensión e intensidad recibe el nombre de potencia reactiva. La potencia media o activa es nula.

FLUKE 43B

Antes de utilizar el Fluke 43B, lea atentamente la información de seguridad. Utilice sólo los cables de prueba y adaptadores de cables de prueba incluidos con el Fluke 43B No utilice conectores de clavija banana que presenten superficies metálicas al descubierto. Utilice una sola conexión común al Fluke 43B. Retire todos los cables de prueba que no se estén utilizando. La tensión de entrada máxima admisible es de 600 V. Al conectar el Fluke 43B, conecte primero el adaptador de red al enchufe. No inserte objetos metálicos en el conector de adaptador de red del Fluke 43B

Medición de Potencia con FLUKE 43B

Esta función mide y presenta las siguientes lecturas de potencia: potencia activa (W), potencia aparente (VA), potencia reactiva (VAR), factor de potencia (PF) y frecuencia. Las formas de onda de tensión y de corriente dan una representación visual de los desplazamientos de fase.El Fluke 43B puede realizar mediciones de potencia en sistemas eléctricos trifásicos equilibrados y tres conductores. La carga debe estar bien equilibrada y tener una configuración en Y o delta.De esta forma es posible medir la potencia trifásica utilizando conexiones monofásicas. El modo de potencia trifásica sólo mide la potencia de la componente fundamental.Con la tecla ENTER puede cambiar entre las funciones Potencia, Armónicos y Voltios / Amperios /Hz.


Advertencia:

¡En este laboratorio se manejan instrumentos de delicada naturaleza, tenga cuidado al manipularnos y al hacer las conexiones para no dañarlos, si tiene alguna duda sobre el particular, consulte con el profesor!.

IV. Fundamento Teórico adicional:

Teorema de Blondell

En un circuito n-filar la potencia activa puede medirse como suma algebraica de las lecturas de n-1 vatímetros. Este enunciado es evidente en el caso de un circuito tetrafilar en que tenemos acceso al neutro de la carga.

Figura 1 Medidas por fase con tres wáttmetros

En este caso particular cada wáttmetro indica la potencia de la fase a la que está conectado. De este modo, la potencia trifásica resulta igual a:

P=W1+W2+W3

o sea que la potencia total es suma de las tres lecturas.

Método de Aron


Caso general. En un circuito trifilar se intercalan dos wáttmetros en sendos conductores de línea, conectando las bobinas de voltaje a un punto común sobre el tercer conductor.

No se requiere condición de simetría alguna en el generador o la carga, no existiendo restricciones al esquema de conexión (estrella o triángulo). De hecho, por medio de la transformación de Kennely, siempre es posible obtener una carga equivalente en estrella.

La indicación de un wáttmetro es igual al producto de los valores eficaces de la tensión aplicada a la bobina de voltaje, por la corriente que circula por la bobina de corriente, por el coseno del ángulo de defasaje entre ambas. Si consideramos las magnitudes como fasores (vectores), la indicación resulta igual al producto escalar de la tensión por la corriente.

2 Figura 2 Medida trifásica con el Método de los dos wátmetros

De acuerdo con el teorema de Blondell, la potencia activa es igual a la suma algebraica de las dos lecturas. En efecto:

W1 = Urs · Ir

W3 = Uts · It W1+W3 = (Ur-Us) · Ir + (Ut - Us) · It = Ur · Ir + Ut · It - Us · (Ir + It)

Siendo

Ir + Is + It = 0

Ir + It = -Is

y reemplazando] resulta

P = W1 + W3 = Ur · Ir + Us · Is + Ut · It

La indicación de cada wáttmetro no corresponde con la potencia de una fase en particular, pero su suma algebraica es igual a la potencia trifásica.

Método de Aron con generador perfecto y carga simétrica.

Esta condición es la que se encuentra, por ejemplo, en los motores trifásicos. Siendo las lecturas de los instrumentos:

W1 = UL IL cos( 30º + φ)

W3 = UL IL cos( 30º - φ)

Calculemos la suma de las lecturas: √3 UL IL cos (φ)

que es igual a la potencia trifásica. En este caso particular también resulta útil la diferencia de las lecturas:

UL IL sen (φ)

Igual a la Potencia Reactiva, dividido por √3

Resumiendo:

P = W1 + W3

Q = √3 (W3 – W1)


El diagrama vectorial para la conexión mostrada en la figura 1 resulta:

Figura 3 Diagrama vectorial de voltajes y corrientes

Si la impedancia se mantiene constante, pero su argumento varía desde la condición capacitiva a la inductiva pura, las lecturas de los wáttmetros y las potencias activa y reactiva, por unidad, resultan como lo muestra el gráfico siguiente:

4 Figura 4 Variación de lecturas y potencias con el ángulo de fase

Las lecturas de los wáttmetros coinciden cuando la carga es resistiva pura.

V. Procedimiento:


A) Medida de potencia activa trifásica en carga conectada en estrella

1.- Armar el circuito de la figura Nº 1.

2.- Se alimentará el circuito con la tensión predeterminada en la tabla Nº 1 y se realizará las distintas medidas.3.- Medir las corrientes de las tres líneas así como las respectivas tensiones por fase en la carga.

121.7 119.4 0.677 0.712 0.692 46 141 Equilibrado y balanceado

4.- Reducir la tensión a cero y desconectar la fuente.5.- Calcular la potencia activa trifásica en estrella del circuito utilizando los datos de tensión y corriente por fase.

Formula Valores Resultado

P3φ=3(V F x I )P3φ=3(

120√3

x 0.68) P3φ=139.25W

B. Medida de potencia activa trifásica en carga conectada en delta


1.- Armar el circuito de la figura Nº 2.

2.- Se alimentará el circuito con la tensión predeterminada en la tabla Nº 2 y se realizará las distintas medidas.3.- Medir las corrientes de las tres líneas así como las respectivas tensiones de línea en la carga.

121.3 119.2 1.78 1.77 1.77 200 410 Equilibrado y balanceado

4.- Reducir la tensión a cero y desconectar la fuente.5.- Calcular la potencia activa trifásica en delta del circuito utilizando los datos de tensión y corriente de línea.


P3φ=I ¿

Sen∝= QV ×I×√3

P=√3×V ×I ×cos∝

P3φ=410

120×1.78×√3 A=√3×120×1.78×1.10P=√3×120×1.78× cos(1.1)

Sen∅=1.1P=¿406.96


B) Medida de la potencia reactiva trifásica en carga conectada en estrella

1.- Móntese el circuito del circuito de la figura Nº 3.2.- Medir las corrientes de las tres líneas con la ayuda de la pinza amperimétrica así como las tensiones de fase.

119.8 126.4 0.264 0.242 0.263 0.5 23 Equilibrado y balanceado

3.- Reducir la tensión a cero y desconectar la fuente.4.- Calcular la potencia aparente trifásica del circuito utilizando los datos de las lecturas tomadas.


P3φ=I ¿

Sen∝= QV ×I×√3

P=√3×V ×I ×cos∝

P3φ=120

120×0.264×√3 Senϕ=√3×120×0.264×0.7P=√3×120×0.264×cos (0.72)

P=41Q=23S=64


S=P+Q S= 41+23

5. El vatímetro, ¿puede medir correctamente potencia trifásica de cargas desbalanceadas?(sustente su respuesta).…

D

C) Medida de la potencia de un motor trifásico.

1.- Móntese el circuito de la figura Nº 4.

3.- Alimentar el circuito con una tensión de 220 VAC y frenarlo con un torque de aproximadamente 0,6 N-m.4.- Leer y anotar los valores indicados por los instrumentos para diferentes valores de compensación según la tabla Nº4; relacionar los resultados.

375.2 374.1 376.5 0.435 0.418 0.448 199 214 282 0.70 Inductiva 381.3 380.8 382.9 0.460 0.496 0.472 169 238 288 0.63 Capacitiva


cos (φ)=0.96φ=16.26 °

tan φ=QP

tan(16.26 °)= Q105

Ql=122VARV f × I f× sin∅=V f

2×2πfC

380 X 0.435 XSen(0.96)= 380 x380(2πx60 xC )

C=2.5 x10−6F


cos (φ)=0.96

tan φ=QP

Xc= 1(2 πfxC)

φ=16.26 °

tan(16.26 °)= Q199

φ=16.26 °

Q=64.7VAR

Donde:W3f = 3 x W1f

5.- Reducir la tensión a cero y desconectar la fuente.6.- Para el caso de compensación, calcular el valor de cos del sistema utilizando los datos de tensión, corriente de línea y potencia medida por el vatímetro.


cos φ = PV∗I Cos φ = 169

380.0,4600,967

7.- Calcular: La potencia aparente por fase de la carga y la respectiva trifásica.


La potencia activa trifásica de la carga con ayuda de la lectura del instrumento (tensión y corriente) La potencia reactiva trifásica con los valores antes calculados.

Formula Valores Resultados

P 3φ=√3∗Vl∗Il∗cos(φ) P3φ=√3∗380∗0,460∗cos(0,63)

P=244,64

Q 3φ=√3∗Vl∗Il∗sin ¿ Q 3φ=√3∗380∗0,460∗SEN (0.63)Q=178,37

S=P+Q S=244,64+178,37 S=343,01

V.- Observaciones y Conclusiones: (mínimo 5 c/u)

OBSERVACIONES

Examinar las conexiones eléctricas antes de alimentar la fuente, este paso es importante, mediante este podemos evitar cortocircuitos

Es importante tener los instrumentos de medición adecuados para cada tipo de medición, para que estas presenten la misma sensibilidad y no presente errores al momento de la toma de medidas

Se observó que para tener medidas más exactas debemos de utilizar un Fluke 43B Se observó que el uso del Fluke 43B fue indispensable, debido a su facilidad de

uso, versatilidad y portabilidad, ello junto a su pinza amperimétrica ayuda a tener cálculos más sencillos y verídicos.

Tomar en cuenta el comportamiento de los circuitos con cada tipo de carga que pueda existir, ya que en el momento de realizar los cálculos podemos tener errores en los resultados

Colocar de manera adecuada la pinza del osciloscopio, de colocamos de manera inversa nos mostrara un resultado negativo

Una vez concluida la toma de datos procederemos a reducir el voltaje a cero y apagar el tablero, guardar de manera ordenada los equipos y materiales


Para este laboratorio en muy importante contar con las medidas de seguridad necesarias para evitar posibles incidentes y pérdidas humanas y materiales.

Siempre es mejor contar con instrumentos digitales, puesto que en ciertas ocasiones podemos encontrarnos con valores negativos cuya apreciación visual va a ser posible con un instrumento analógico

Antes de comenzar con el laboratorio se debe verificar todo el tablero este en voltaje cero. Examinar las conexiones eléctricas antes de realizar la toma de datos, verificar de que no se

encuentren cables sueltos en el circuito, posibles conexiones erróneas Es importante preguntar al docente sobre alguna duda, de esta manera evitaremos posibles

cortocircuitos en el armado del circuito Se pudo observar que el uso del osciloscopio es más exacta que nuestra pinza amperimétrica Para la este laboratorio en muy importante contar con las medidas de seguridad necesarias para

evitar posibles incidentes y pérdidas humanas y materiales. Antes de comenzar con el laboratorio se debe verificar todo el tablero este en voltaje cero.

CONCLUSIONES

El sistema monofásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por una única corriente alterna o fase.

Si se cuenta con circuitos que presentan cargas balanceadas el procedimiento de calculo y medición se simplifica porque los valores de voltaje y corriente van a ser iguales en las tres cargas

Los circuitos presentan potencias sin importar el tipo de carga que tengan, aunque no siempre se puede encontrar todos los tipos de potencias con cargas distintas

Vemos que para una conexión en delta la corriente es sumamente mayor aproximadamente tres veces más que en la conexión estrella, esto se debe a que carga le llega una tensión igual a la tensión de línea V L , mientras que en una conexión estrella solo llega a cada carga un valor de tensión igual a

V L/√3, además una conexión estrella la corriente de línea I L es igual a la corriente de fase I f , mientras que en una conexión en delta la corriente de línea I Les √3 I f

El factor de potencia de los motores monofásicos es pobre en relación a los motores trifásicos equivalentes.

Si el circuito presenta cargas netamente capacitivas o inductivas solo se obtienes potencias aparentes ya que con este tipo de cargas no se tiene una parte real

Se concluye que el uso de banco de condensadores se conecta siempre en paralelo, así mismo a mayor capacitancia, menor resistencia, ello se refleja en mayor corriente y por ende mayor potencia, entonces se han de ocupar condensadores de diferentes capacitancias para diferentes potencias y usos.

El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.

La trifásica se usa mucho en industrias, donde las máquinas funcionan con motores para esta tensión Una alimentación monofásica puede obtenerse de los circuitos trifásicos pero trifásica no puede

obtenerse de un motor monofásico. El factor de potencia de los motores monofásicos es pobre en relación a los motores trifásicos

equivalentes. Los sistemas trifásicos pueden balancear cargas. Las líneas trifásicas te permiten ampliar la capacidad

de carga (como motores, maquinas, iluminación y otros) que generas balanceando sus líneas, así el consumo por línea es menor.

https://es.wikipedia.org/wiki/Motor

https://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

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