Guía 1. Sistemas Polifásicos

Facultad: Ingeniería
Escuela: Ingeniería Eléctrica
Asignatura: Sistemas eléctricos lineales II
Tema: Sistemas
Polifásicos y Medición de Potencia
Contenidos
Voltaje RMS.
Voltaje máximo.
Desfase de una señal.
Potencia y Factor de Potencia.
Objetivo Específico
Verificar el desfase existente entre los voltajes de fase pertenecientes a un sistema trifásico.
Verificar el desfase existente entre los voltajes de línea pertenecientes a un sistema trifásico.
Obtener la relación existente entre voltajes de fase y voltajes de línea.
Conectar el amplificador de separación para observar las señales en sistemas eléctricos
polifásicos.
Comprender el comportamiento del Factor de Potencia en los sistemas con predominancia
de circuitos reactivos capacitivos e inductivos.
Material y
Equipo
Item
Cantidad
Descripción
1
1
Fuente de energía ST 7007 – 4S
2
1
Amplificador de separación LM 6113
3
1
Osciloscopio con puntas de medición
4
X
Clavijas de conexión
5
1
Medidor RMS
6
1
Cable BNC-BNC
7
X
Cables de conexión
3
Sistemas Eléctricos Lineales II
Introducción Teórica
Los sistemas eléctricos de corriente alterna a diferencia de los de corriente directa son compuestos
por señales variables en el tiempo, es decir, que los electrones fluyen primero en una dirección y
luego invierten su sentido fluyendo en dirección opuesta. De aquí que su magnitud varíe,
encontrándose valores negativos y positivos, observándose dos valores importantes en ingeniería:
Valor máximo: se refiere al máximo valor instantáneo que alcanza la señal.
Valor eficaz: es aquel que produce cierta cantidad de calentamiento en una resistencia,
comparable al que se produce por medio de una señal DC pura del mismo valor.
La relación existente entre el valor máximo (VMAX) y el valor eficaz (VRMS) es:
VRMS = 0.707 VMAX
Ecuación 1.1
La corriente alterna se puede describir como una señal de forma sinusoidal repitiéndose el valor
máximo 60 veces por segundo de aquí se dice entonces que su frecuencia es de 60 Hertz.
Procedimiento
PARTE I. Circuitos Polifásicos.
1.
Identifique los siguientes equipos sin energizarlos aún, los cuales deberá solicitar a su
instructor una inducción previa a su utilización:
a)
La fuente de poder trifásica variable.
b)
El amplificador de separación.
c)
El osciloscopio.
1.Conecte el circuito de medición de señales trifásicas tal como se muestra en la figura 1.1.
Figura 1.1: Circuito de medición de señales eléctricas.
2.
La configuración del amplificador de separación debe ser la siguiente:
a)
El selector OFF / GAIN al tope en sentido horario.
b)
El selector OUTPUT MODE en posición CHOP.
c)
El selector CHOP FRECUENCY en HIGH.
d)
El selector MODE CH D en “D”.
e)
Los selectores RANGE (V) en 100.
Sistemas Eléctricos Lineales II
4
3.
Encienda la fuente de poder y dibuje la señales obtenidas del osciloscopio en la cuadricula
siguiente.
4.
Con ayuda de un multímetro, mida la tensión RMS de una de las señales entre fase y
neutro.
=
5.
Establezca la cantidad de voltios por división de la señal que visualiza en la cuadrícula, a
1
través de la siguiente relación :
/ 1
√
. !" #$%#$
, Voltios/división =
.
Dado que el amplificador de separación tiene varios ajustes, la intención de este paso es determinar la relación de la
tensión medida por un instrumento de referencia (el multímetro) con respecto a lo cuantificable a través de la cuadrícula
del osciloscopio.
5
Sistemas Eléctricos Lineales II
6.
Complete la tabla 1.
Parámetro medido
VL1_N
VL2_N
VL3_N
Valor RMS de tensión
medido con osciloscopio
Valor RMS medido con
multímetro.
Desfase respecto de
VL1_N
7.
Despliegue en el osciloscopio las señales de voltaje de fase (VL1 - N), en conjunto, esto se
hará conectando el osciloscopio a la terminal “CHOP” del amplificador de aislamiento.
Nota: Si se saturan las señales observadas en el osciloscopio (tendencia a ser cuadradas)
aumente la escala RANGE (V).
8.
Apague la fuente de energía y realice las conexiones necesarias para medir
los parámetros del siguiente paso, procediendo posteriormente, a encender dicha
fuente.
Paso 7. Modifique el circuito de la figura 1.1 para obtener las siguientes señales en el osciloscopio.
a) VL1-N (Únicamente esta tensión se cuantifica respecto del neutro)
b) VL1-L2
c) VL2-L3
d) VL3-L1
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Sistemas Eléctricos Lineales II
Complete la siguiente tabla.
Parámetro medido
VL1_N
VL1_L2
VL2_L3
VL3_L1
Valor RMS de tensión
medido con osciloscopio
Valor RMS medido con
multímetro.
Desfase respecto de VL1_N
¿Cuál es la secuencia de fase que poseen las tensiones de línea observadas en el osciloscopio?
9.
Apague y ordene el equipo utilizado.
PARTE II. Medición de Potencia 3ɸ.
a. Método de los tres vatímetros – Sistema 3ɸ 4 hilos - Aplicación Carga Resistiva
Un sistema trifásico a 4 hilos es aquel en que además de las líneas correspondientes a las tres
fases, se dispone de una cuarta línea correspondiente al neutro o punto central de la conexión en
estrella de la carga, ya que una conexión de ésta en triángulo no lo permite.
La potencia activa consumida será la suma de las potencias consumidas en cada brazo de la
estrella según se muestra en el circuito de la fig. 1
.
Figura (1)
Observe que;
Por lo tanto:
7
Sistemas Eléctricos Lineales II
Parte Experimental:
Tomando de referencia el circuito de la figura 1; haga las conexiones correspondientes y mida la
potencia trifásica correspondiente. Llene la siguientes tablas
WA
Parámetro
WB
WC
TOTAL
Potencia Promedio (W)
Tabla 1.1
Mida los siguientes parámetros:
Parámetros
DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 1.2
Compare la tabla 1.1 con la tabla 1.2 y Explique.
b. Método de los tres vatímetros – Sistema 3ɸ 3 hilos - Aplicación Carga Resistiva
En un sistema trifásico a tres hilos no disponemos de la línea correspondiente al neutro. La carga
puede estar conectada tanto en estrella (neutro inaccesible), como en triángulo (fig. 2). En este
caso los vatímetros se conectan de modo que se crea un neutro artificial con una de las
conexiones del circuito de tensión en cada vatímetro. Esta forma de medir la potencia requiere que
los tres vatímetros sean exactamente iguales en sus características, sobre todo en la resistencia
interna del circuito voltimétrico. El sistema ha de estar equilibrado y en el caso de tratarse de un
sistema desequilibrado la medida de potencia será aproximada.
Figura (2)
Sistemas Eléctricos Lineales II
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Parte Experimental:
Figura 3.
Tomando de referencia el circuito de la figura 3; haga las conexiones correspondientes a la
conexión Y y mida la potencia trifásica correspondiente. Llene las siguientes tablas
WA
Parámetro
WB
Potencia Promedio (W)
Tabla 1.3
Mida los siguientes parámetros:
Parámetros
DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 1.4
Compare la tabla 1.3 con la tabla 1.4 y Explique.
WC
TOTAL
9
Sistemas Eléctricos Lineales II
c. Método de los dos vatímetros – Sistema 3ɸ 3 hilos - Aplicación Carga Resistiva en Y
El método de los dos vatímetros (conocido también como Método ARÓN) se utiliza para medir la
potencia activa consumida por una carga equilibrada o desequilibrada sin hilo neutro. Las
conexiones de los dos vatímetros a la red están representadas en la fig. 1. Las bobinas
amperimétricas se introducen en dos fases cualesquiera de la red, y las bobinas voltimétricas se
conexionan entre la fase que tiene la bobina amperimétrica correspondiente y la fase restante.
Figura 4.
Parte Experimental:
Tomando de referencia el circuito de la figura 4; haga las conexiones correspondientes y mida la
potencia trifásica correspondiente. Llene las siguientes tablas
WA
Parámetro
WC
Potencia Promedio (W)
Tabla 1.5
Mida los siguientes parámetros:
Parámetros
DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 1.6
Compare la tabla 1.1 con la tabla 1.2 y Explique
TOTAL
Sistemas Eléctricos Lineales II
10
c. Método de los dos vatímetros – Sistema 3ɸ 3 hilos - Aplicación Carga Resistiva en ∆
Modifique del circuito de la figura 4 únicamente la configuración de la CARGA, conecte ahora la
carga en delta ∆ tal como se muestra en la figura
Figura 5.
Parte Experimental:
Tomando de referencia el circuito de la figura 4; haga las conexiones correspondientes y mida la
potencia trifásica correspondiente. Llene las siguientes tablas
WA
Parámetro
WC
Potencia Promedio (W)
Tabla 1.6
Mida los siguientes parámetros:
Parámetros
DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 1.7
Compare la tabla 1.6 con la tabla 1.7 y Explique.
TOTAL
11 Sistemas Eléctricos Lineales II
10.
Desconecte y ordene su mesa de trabajo.
Bibliografía
•
Skilling, Hugh. Circuitos en ingeniería eléctrica. Editorial CECSA 1987.
Alexander / Sadiku. Fundamentos de circuitos eléctricos.
•
Hayt, William. Kemmerly, Jack E. Análisis de circuitos en ingeniería. Sexta Edición.
MCGRAW HILL.
Guía 1. Sistemas Polifásicos y Medición de Potencia
Alumno:
EVALUACION
%
CONOCIMIENTO
5-7
08/-10
Conocimiento deficiente
de los fundamentos
teóricos durante la
evaluación previa de la
práctica.
Conocimiento y
explicación incompleta
de los fundamentos
teóricos
Conocimiento completo
y explicación clara de los
fundamentos teóricos
Un porcentaje de
mediciones, entre el 0%
y 45% son satisfactorias
en términos de exactitud
y precisión esperadas.
Un porcentaje de
mediciones, entre el 45%
y 75% son satisfactorias
en términos de exactitud
y precisión esperadas.
Un porcentaje de
mediciones, entre el
75% y 100% son
satisfactorias en
términos de exactitud y
precisión esperadas.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria es
insuficiente.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria contiene
menos elementos de lo
solicitado.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria es
suficiente.
20%
No interpreta
correctamente todos los
resultados obtenidos
durante la práctica, aún
con apoyo del docente.
Interpreta correctamente,
aunque con apoyo
docente, los resultados
que se obtienen durante
la práctica.
Interpreta correctamente
los resultados obtenidos
durante la práctica.
10%
Se ha tardado un
tiempo mucho mayor al
esperado para realizar
la práctica.
Se ha tardado un tiempo
poco mayor al esperado
para realizar la práctica.
El tiempo de realización
de la práctica es mejor
que el esperado.
No tiene actitud
proactiva para realizar
las mediciones durante
la práctica.
Su actitud es
parcialmente proactiva
para realizar las
mediciones durante la
práctica.
Muestra claramente una
actitud proactiva para
realizar las mediciones
durante la práctica.
20%
APLICACIÓN DEL
CONOCIMIENTO
1-4
20%
20%
ACTITUD
10%
TOTAL
100%
Nota