laboratorio nº 6 de circuitos ii87

LABORATORIO NO. 7 CIRCUITOS DESEQUILIBRADOS Y COMPONENTES SIMÉTRICAS

7. OBJETIVO DEL LABORATORIO. 7.1. OBJETIVO GENERAL. Conocer básica y operativamente el desplazamiento del neutro en los diferentes arreglos de circuitos

desequilibrados conexión estrella de parámetros RLC, analítica y gráficamente. Conocer la metodología de determinación de las componentes simétricas en transformadores trifásicos 7.1.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Para alcanzar los objetivos generales debemos manejar adecuadamente los siguientes parámetros eléctricos involucrados en la práctica de laboratorio: Conexión estrella de parámetros Resistivos, Inductivos y Capacitivos desequilibrados y con neutro aislado. Conexión estrella de parámetros RL, RC, RLC, desequilibrados y con neutro aislado. Conexión estrella de parámetros LC, CL, desequilibrado y con neutro aislado. Resonancia en un circuito LC Resonancia en un circuito RLC Desplazamiento del neutro dentro el triángulo de tensiones de alimentación Desplazamiento del Neutro fuera del triángulo de tensiones de alimentación Sobretensión y sub-tensión por fase Diagramación fasorial Componentes Simétricas Componente de secuencia positiva Componente de secuencia negativa Componente de secuencia cero Diagramación fasorial

7.2. PUNTUALIZACIONES TEÓRICAS. 7.2.1. DESPLAZAMIENTO DEL NEUTRO.

En la figura 1, se representa una línea trifásica de tres hilos que alimenta receptores pasivos en estrella:

Figura 1

Esta es la situación que se crea cuando se interrumpe la conexión con el punto neutro de la fuente. Designaremos el centro de la estrella en la parte de los receptores con la letra ‘n’. Llamaremos a ‘n’ punto neutro de la carga. Materialmente ‘n’es la porción de conductor neutro al que quedan conectados todos los receptores cuando se interrumpe el conductor neutro común. Entonces ‘n’ y ‘N’ no están unidos directamente por ningún conductor. Se indican las admitancias resultantes de los receptores conectados a las fases por resultar más simples las fórmulas que si se utilizan las impedancias. YRes la admitancia resultante de todos los receptores conectados entre la fase R y el neutro ‘n’ de la carga, o sea, es la suma de las admitancias de todos los receptores conectados entre esa fase y el neutro ‘n’. De forma similar para las otras dos restantes fases. Se llama desplazamiento del neutroal fasorVnN, tensión entre el punto neutro de la carga y el punto neutro del transformador. Esta amplitud es un indicador de cuan desequilibrado se encuentra la carga respecto a la fuente, o que fases se encuentran con sobretensión y que fases se encuentran con sub-tensión. Conocido el

LÁMPARAS INCANDESCENTES: Potencia: 200 [W] Tensión: 220 [V] 5 unidades

BOBINA: Corriente: 2,5 [A] Tensión: 220 [V] 500 espiras Resistencia: 2.5 [Ω]

desplazamiento del neutro, se ve en la figura 1., que los fasores de tensiones de los receptores en las tres fases son respectivamente:

VRN = VR = V/ 0°

VSN = VS = V/-120° ……………….. (1)

VTN = VT = V/-240°

Del diagrama fasorial podemos escribir:

VRn = VR – VnN

VSn = VS – VnN………………. (2)

VTn = VT – VnN

En cualquier caso, conocidas las admitancias complejas de los receptores, el desplazamiento de potenciales en N y aplicando voltaje de nodos en el único nudo restante, ‘n’, se obtiene la ecuación:

( YR + YS + YT )VnN = VR YR +VS YS +VT YT

VnN = (VR YR +VS YS +VTYT )/ ( YR + YS + YT )

=

(3)

7.3. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR.

BOBINA: Corriente: 1 [A] Tensión: 220 [V] 640 espiras Resistencia: 5.6 [Ω]

BOBINA: Corriente: 1 [A] Tensión: 220 [V]

370 espiras

Resistencia: 3.2 [Ω]

BOBINA: Corriente: 1 [A] Tensión: 220 [V] 1100 espiras

CAPACITOR MONOFÁSICO: Capacitancia: 24 [μF]

Tensión: 380 [V]

Potencia: 1100 – 1200 [VA]

Frecuencia: 50-60 [Hz]

Unidades: 1

CAPACITOR MONOFÁSICO: Capacitancia: 40[μF]

Tensión: 380 [V]

Potencia: 1800 – 1900 [VA]

Frecuencia: 50-60 [Hz]

Unidades: 1

Resistencia: 13.8 [Ω]

MULTÍMETRO ELECTRÓNICO DIGITAL

Marca: ROWLAND

Modelo: UT33C

Escala de Tensión: 200 [V] – 750 [V] AC

200 [mV] – 1000 [V] DC

Escala de Corriente: 2 [mA] – 10 [A] DC

Óhmetro: 200 [Ω] – 2 [MΩ]

Probador de continuidad

Prueba de transistores

Medidor de temperatura

CALCULADORA CIENTÍFICA FUENTE DE ALIMENTACIÓN 380 [V], 4 HILOS (TRES FASES + NEUTRO) 1 TRANSFORMADOR TRIFÁSICO REDUCTOR DE 380/220 [V], 3[KVA] 1 TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS:

Potencia: 3 [KVA] Arrollamiento Primario: 6 Terminales Arrollamiento Secundario: 6 Terminales

CHICOTILLOS CON TERMINALES TIPO TENAZA, BANANA, MIXTO CON Y SIN DERIVACIÓN

COMPAS DE PRECISIÓN

DESTORNILLADORES: PLANO Y ESTRELLA

PINZA AMPERIMÉTRICA DIGITAL

Marca: UYUSTOOLS

Modelo: TSD306

Escala de Tensión: 600 [V] AC

600 [V] DC

Escala de Corriente: 20[A] – 400 [A] AC

Óhmetro: 2 [kΩ] – 200 [kΩ]

7.4. CIRCUITOS DE ANÁLISIS. 7.4.1. Determinación de las componentes de secuencia positiva y negativa, en un transformador trifásico:

(Ω)

7.4.2. Determinación de las componentes de secuencia cero, en un transformador trifásico:

(Ω)

7.4.3. CIRCUITOS DESEQUILIBRADOS R-L-C: CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN:

CIRCUITO GENERAL DE MEDICIÓN:

CIRCUITOS DESEQUILIBRADOS:

7.5. MONTAJE DEL SISTEMA. Sistema de Alimentación: Asegúrese del sistema de alimentación principal, - 7.5 % 380 4.5 % 380+ V, 4 Hilos. El sistema bajo prueba, es Triángulo Tres Hilos, 220 V, por lo que debemos recurrir a un transformador

reductor de 380 a 220 V. Se debe conectar un transformador trifásico de 6 terminales, el primario en estrella con neutro aislado y el

secundario en triángulo tres hilos, cuyo arreglo es el índice horario Yd5. Cargas R-L-C: Resistiva: Proceda a conectar las cargas, para ello, verifique si cada lámpara tiene dos terminales accesibles En caso de verificar una sobretensión en alguna de las conexiones, minimice este efecto conectando

lámparas cuyo número será función de la sobretensión en la fase. Una vez en operación observar el efecto de amortiguación que provoca la lámpara ante un aumento de la

tensión nominal por fase. Inductiva: Identifique las bobinas a ser conectadas, tome los datos de placa y en algún caso verifique la resistencia de

la misma, con la ayuda de un multímetro. Identifique los capacitores que se conectarán, copiando fielmente los datos de placa característicos. Cuando use bobinas que no se encuentran en arreglo de transformador, tenga cuidado que el campo

magnético de una de ellas no incida en las otras bobinas. Cuando conecte con capacitores tenga cuidado de la resonancia producida por este arreglo, para minimizar

este efecto reduzca la inductancia de la bobina. Tenga cuidado de conectar las bobinas de forma que puedan aceptar la tensión de 220 V y su sobre tensión

220 V. Capacitiva: Identifique el capacitor monofásico con el que llevará adelante su experimento. Copie fielmente los datos de placa del receptor. El capacitor sólo tiene dos terminales no polarizados. En las diferentes conexiones del capacitor, actúe tomando siempre el terminal activo para conectar, ello

con el respectivo cuidado, así preservará el terminal activo del capacitor. Para la realización de la medición de corriente en línea tenga cuidado con las corriente IRUSH, en cada

conexión y desconexión.

Para el descargado del capacitor sométalo a una resistencia ó una bobina y logrará descargar el capacitor sin causar daño al receptor.

7.6. LECTURA DE DATOS. Lectura de Cargas Individuales:

CARGA Corriente Línea (A)

Voltaje Fase (V)

Voltaje Línea (V)

CONEXIÓN DE LAS CARGAS

FASE R FASE S FASE T

R1, R2 Y R3

0.48 172 223 2 LÁMPARAS EN

SERIE 2 LÁMPARAS EN PARALELO

1 LÁMPARA 0.93 70 224

0.72 163 222

L1, L2 Y L3

0.56 163 224 3 INDUCTANCIAS

EN SERIE DE 640,1100, 370

[SP]

1 INDUCTANCIA

DE 500 [SP]

2 INDUCTANCIAS

EN SERIE DE 640, 370 [SP]

0.43 177 225

0.57 62 222

C1, C2 Y C3

0.54 164 224 2 CAPACITORES EN SERIE DE 24

[uF], 24 [uF]

1 CAPACITOR 40 [uF]

1 CAPACITOR 24 [uF]

1.60 97 224

0.97 136 221

L1, L2 Y R


EN SERIE DE 640, 1100, 370

[SP]

2 LÁMPARAS EN PARALELO

2 INDUCTANCIAS


1.63 166 223

1.20 152 222

L1, L2 Y C

1 284 225 3 INDUCTANCIAS

EN SERIE DE 640, 1100, 370

[SP]

1 CAPACITOR 24 [uF]

2 INDUCTANCIAS


3.15 412 224

1.87 212 220

C1, C2 Y

R

1.44 176 223 2 LÁMPARAS EN

PARALELO 1 CAPACITOR

40 [uF] 1 CAPACITOR

24 [uF] 0.52 49 224

1.48 209 220

C1, C2 Y L


EN SERIE DE 640, 1100, 370

[SP]

1 CAPACITOR 40 [uF]

1 CAPACITOR 24 [uF]

0.93 89 224

1.4 152 220

R1, R2Y C

1.21 175 223 1 CAPACITOR

24 [uF] 2 LÁMPARAS EN PARALELO

1 LÁMPARA 1.48 183 224

0.41 54 223

R1, R2 Y L

1.65 162 222 1 INDUCTANCIA

DE 1100 [SP] 2 LÁMPARAS EN PARALELO

1 LÁMPARA 0.92 82 224

0.83 242 221

R, L Y C


EN SERIE DE 640, 1100, 370

[SP]

2 LÁMPARAS EN PARALELO

1 CAPACITOR 24 [uF]

1.28 119 224

1.79 263 220

DETERMINACIÓN DE LAS COMPONENTES DE SECUENCIA POSITIVA Y NEGATIVA, EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

Secuencia ‘0’

Secuencia ‘+’

7.7. CUESTIONARIO.

1.Con la ayuda de un compás de precisión determine gráficamente el desplazamiento del neutro, en forma exacta, apelando a geometría analítica.

+

A +

5,33 A

V+

8 V

+

A +

10,2 AV

+

15 V

A +

0,7 A

R3 1_lampara R2 2_lamparas_paralelo

R1 2_lamparas_serie

2. Realice un análisis matemático y determine el desplazamiento del neutro y compare con la pregunta 1 y los valores lecturados, calculando los errores cometidos.

DESFASE PARA LA BOBINA

CIRCUITO 1

R1, R2 Y R3

0.48 172 223

0.93 70 224

0.72 163 222

Calculo de R1, R2, R3

][33.35848.0

1721

R

RO

I

VR

][27.7593.0

702

S

SO

I

VR

][38.22672.0

1633

T

TO

I

VR

CALCULANDO EL DESPLAZAMIENTO DEL NEUTRO

(

) (

) (

)

|

|

L3=370-640[SP]_serie L2=500[SP]

L1=640-370-1100[SP]_serie

C 24u C2 40u

C1=2_cap_serie 24u

CIRCUITO 2

L1, L2 Y L3

0.56 163 223.68

0.43 177 223.68

0.57 62 223.68

Calculo de L1, L2, L3

][07.29156.0

1631

R

RO

I

VL

][411.6243.0

1772

S

SO

I

VL

][108.7757.0

623

T

TO

I

VL


(

) (

) (

)

|

|

CIRCUITO 3

C1, C2 Y C3

0.54 164 223

1.6 97 223

0.97 136 223

Calculo de C1,C2,C3

][303.71 R

RO

I

VC

][60.632 S

SO

I

VC

][140.23 T

TO

I

VC


(

) (

) (

)

|

|

R=2_lamparas_paralelo L2=370-640[SP]_serie

L1=640-370-1100[SP]_serie

L2=370-640[SP]_serie

L1=640-370-1100[SP]_serie

C 24u

CIRCUITO 4

L1, L2 Y R

0.39 81 222.67

1.63 166 222.67

1.2 152 222.67

Calculo de L1, L2, R3

][207.691 R

RO

I

VL

][101.84 S

SO

I

VR

][126.672 T

TO

I

VL


(

) (

) (

)

|

|

CIRCUITO 5

L1, L2 Y C

1 284 223

3.15 412 223

1.87 212 223

Calculo de L1, L2, C3

][8421 R

RO

I

VL

][130.793 S

SO

I

VC

][36.1312 T

TO

I

VL


(

) (

) (

)

|

|

R=2_lamparas_paralelo

C1 24u

C2 40u

L1=640-370-1100[SP]_serie

C1 24u

C2 40u

CIRCUITO 6

C1, C2 Y R

1.44 176 222.33

0.52 49 222.33

1.48 209 222.33

Calculo de C1, C2, R3

][2.1223 R

RO

I

VR

][23.492 S

SO

I

VC

][22.4111 T

TO

I

VC


(

) (

) (

)

|

|

CIRCUITO 7

C1, C2 Y L

0.89 235 222.33

0.93 89 222.33

1.4 152 222.33

Calculo de C1, C2, L3

][6423 R

RO

I

VL

][698.592 S

SO

I

VC

][57.0811 T

TO

I

VC


(

) (

) (

)

R2 2_lamparas_paralelo

R1=1_lampara

C3 24u

R2 2_lamparas_paralelo

R1=1_lampara

L3=1100[SP]

|

|

CIRCUITO 8

1.21 175 223.3

R1, R2 Y C 1.48 183 223.3

0.41 54 223.3

Calculo de R1, R2, C3

][62.4413 R

RO

I

VC

][64.2312 S

SO

I

VR

][7.3111 T

TO

I

VR


(

) (

) (

)

|

|

CIRCUITO 9

R1, R2 Y L

1.65 162 222.67

0.92 82 222.67

0.83 242 222.67

Calculo de R1, R2, L3

][18.983 R

RO

I

VL

][13.982 S

SO

I

VR

][56.9121 T

TO

I

VR


(

) (

) (

)

R1=2_lamparas_paralelo

L2=370-640-1100[SP]_serie

C3 24u

|

|

CIRCUITO 10

R, L Y C

1.17 334 222.3

1.28 119 222.3

1.79 263 222.3

Calculo de R1, L2, C3

][47.8523 R

RO

I

VC

][7.392 S

SO

I

VL

][9.4611 T

TO

I

VR


(

) (

) (

)

|

|

3. Explique el concepto eléctrico de las componentes de secuencia positiva, negativa y cero. El método de componentes simetricas estudia el por que de las distintas fallas, las consideran engeneral como desbalanceadas, y entonces, se descompone un sistema de vectores, corrientes o voltajes desbalanceados denominados de secuencia positiva, secuencia negativa y secuencia cero. La evaluación del comportamiento de sistemas trifásicos balanceados, es posible realizarlo utilizando la representación “por fase”. Esto es, se resuelve el problema de la misma manera que si fuese un sistema monofásico, y las cantidades de las otras dos fases difieren de los Fasores obtenidos en la representación por fase en ±120° En el caso de sistemas desbalanceados, no es posible evaluar su comportamiento con la representación por fase de la manera tan directa que se hace con los sistemas balanceados, lo cual provoca que el análisis de estos sistemas se complique. El método de componentes simétricas propuesto por Fortescuepermite extender el análisis por fase a sistemas que contienen cargas desbalanceadas. El método establece la manera en que un sistema de “n”Fasores desbalanceados puede ser analizado por “n-1”sistemas de “n”fasores balanceados de diferente secuencia y uno de secuencia cero. El método de componentes simétricas, desde el punto de vista matemático es una transformación lineal ya que permite desacoplar un sistema balanceado de orden “n”en “n”sistemas independientes. COMPONENTES SIMÉTRICAS EN SISTEMAS TRIFÁSICOS. Este método permite analizar un sistema de Fasorestrifásico desbalanceadosmediante tres sistemas de tres Fasoresbalanceados denominados de secuencia positiva, negativa y cero.La particularidades de cada uno de los sistemas resultantes son las siguientes: COMPONENTES DE SECUENCIA POSITIVA.

Es un conjunto de 3 fasores equilibrados, del mismo módulo y desfasados 120 º, con la secuencia de fase idéntica al sistema trifásico original desequilibrado. Los tres fasores de tensión son equilibrados, entonces se puede escribir: En vez de usar el término, es práctico, substituir este número complejo por una representación literal ‘a’, conocida como operador rotacional. Este diagrama se puede obtener reemplazando cada elemento del sistema por su impedancia ya referida en su base común y representando también a las fuentes de voltaje con sus valores expresados también en su base común. En el caso de de las fuentes de voltaje se considera que dependiendo de la importancia y magnitud del sistema, se pueden obtener fuentes equivalentes para los generadores, motores síncronos y grupos de motores de inducción. COMPONENTES DE SECUENCIA NEGATIVA. Es un conjunto de tres fasores equilibrados, girando a una secuencia de fase contraria al del sistema de fase original desequilibrado, con la velocidad contraria a la secuencia positiva. El diagrama se elabora de la misma manera que el de secuencias positivas, con la única diferencia de que el diagrama de secuencias negativas no contiene fuentes de voltaje. Es muy común que en los estudios de cortocircuito de fase a tierra se haga solo el diagrama de secuencia positiva y las reactancias se tomen igual para la secuencia negativa en la fórmula de cálculo. COMPONENTES DE SECUENCIA CERO. Es un conjunto de 3 fasores iguales, en fase y girando en el mismo sentido de la secuencia del sistema original desbalanceado, esto es, de la secuencia positiva. Su diagrama fasorial es el siguiente: Los defectos y fallas como los cortocircuitos en los sistemas eléctricos de potencia siempre han sido de característica desbalanceada, dificultando los cálculos y simulaciones; como no se conocía una herramienta analítica que pueda simular estas fallas tanto estáticas como dinámicas, se recurrían a la simulación de tipo práctico que significaba también problemático. Además la secuencia cero solo existe si hay un neutro físico en el sistema trifásico. Falla de línea a tierra.- En este tipo de falla, la corriente está afectada por la forma en que se encuentran los neutros del sistema conectados a tierra, ya que presentan los puntos de retorno para la circulación de las corrientes. La determinación de la corriente total de falla en u punto, se obtiene como la contribución de las corrientes de corto circuito por los elementos activos de la red, para esto se requiere elaborar un diagrama de impedancias de secuencia de secuencia positiva, negativa y cero , a partir de estos diagramas se obtienen las impedancias equivalentes en cada caso. 7.8. CONCLUSIONES. De lo obtenido en la presente experiencia podemos concluir con lo siguiente: En la parte académica de la materia existe dos métodos generales de análisis de este tipo de redes, nos

referimos al método del desplazamiento del neutro y el otro es el método de las componentes simétricas. La práctica más se basa en el método del desplazamiento del neutro por su accesibilidad a los datos tomados. Las justificaciones y verificaciones de registros en esta práctica, tienen un rango más amplio de error ello por el

desequilibrio acentuado, sin embargo se determinó el error relativo y se concluye que se encuentra dentro de rangos permisibles para este tipo de operación.

Cuando se unen los neutros de carga y de fuente podemos puntualizar que la corriente circulante entre neutros tiene característica de desequilibrio, componente de secuencia o del tercer armónico.

La corriente por los neutros se deben a una mayor o menor tensión desplazada a partir del neutro desplazado mejorar el factor de potencia conectando banco de condensadores desequilibrados, lógicamente este desequilibrio está en estrecha relación al desequilibrio de la carga.

El neutro puede encontrarse en una instalación de dos formas, como neutro de protección o como neutro de servicio sin embargo es necesario diferenciar ambos neutros en forma básica para no confundir en sus operaciones.

El presente laboratorio básicamente se ha basado en un análisis y estudio del neutro desplazado para cada uno de los circuitos analizados.

El estudio de circuitos trifásicos con diferentes cargas, nos permite apreciar mediante la toma de datos experimentales como afecta la carga para una red eléctrica, ya que con diferentes cargas tanto la corriente como la tensión tienen diferentes valores.

Las componentes ceros de un sistema trifásico se encuentran solamente si existe un neutro físico, como ser en la conexión estrella, pero no así en la conexión delta.

A la hora de tomar datos, no tomamos en cuenta la carga que se encontraba en cada fase, lo cual nos provocó errores a la hora de realizar nuestro informe, porque nuestros errores eran muy grandes.

7.9. BIBLIOGRAFÍA.

Guillermo Guevara “Electrotecnia Aplicada Para Ingeniería Mecánica”. Lluís Prat Viñas “Circuitos y Dispositivos Electrónicos” Editorial UPC, 6ª Edición - 1998. Anave León Oscar Wilfredo “Guias de laboratorio” circuitos eléctricos II Pagina de búsqueda: http://monografias.com Electricidad Básica por “Van Valkenburgh, Nooger&Neville, INC.

http://monografias.com/

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