Práctica 08 - Electrotecnia

Guía de Laboratorio de Electrotecnia
Práctica Nro. 08
PRÁCTICA Nro. 8
MEDICIÓN DE POTENCIA Y FACTOR DE POTENCIA
EN SISTEMAS TRIFÁSICOS BALANCEADOS CON CARGAS RESISTIVAS
A. OBJETIVOS:
1.
Determinar en forma teórica y experimental; las relaciones entre voltajes y corrientes en
las líneas, voltajes y corrientes en las impedancias para cargas trifásicas resistivas
balanceadas conectadas en delta y en estrella.
2.
Determinar en forma teórica y experimentalmente; el defasaje entre los voltajes líneaneutro de las tres fases de una carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella.
3.
Determinar en forma teórica y experimentalmente; el factor de potencia de una carga
trifásica resistiva balanceada conectada en estrella.
4.
Determinar en forma teórica y experimentalmente; la potencia activa consumida por una
carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella y en delta usando uno, dos y tres
Vatímetros.
5.
Determinar en forma teórica y experimentalmente; la potencia reactiva suministrada a una
carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella y en delta usando un Vatímetro
monofásico.
6.
Dibujar el diagrama fasorial de voltajes de una fuente trifásica balanceada, a partir de los
ángulos obtenidos en los cálculos realizados.
B. PRE-LABORATORIO:
Estudiar e investigar lo siguiente:
1.
Sistemas trifásicos balanceados, voltaje y corriente de línea, voltaje y corriente de fase,
potencia trifásica activa, reactiva, compleja y aparente, factor de potencia. Corrección del
factor de potencia.
2.
Diseñar un circuito trifásico para medir con: Un Vatímetro, dos Vatímetros y tres
Vatímetros monofásicos:
a) La potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes de 100 W, 120 V,
conectadas en estrella.
b) La potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes de 100 W, 220 V ó 240
V, conectadas en delta.
IMPORTANTE: Todos los cálculos de los diseños anteriores deben estar contenidos dentro de
las “Actividades de Laboratorio” donde ello se indica, y las tablas con los “Valores Teóricos”
deben de estar debidamente llenas, antes de comenzar los montajes y las actividades propias del
Laboratorio.
NOTA: Se debe tomar en cuenta los parámetros limitantes de la fuente, de los componentes y
de los instrumentos y equipos de medición para el diseño de los diferentes circuitos.
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C. ACTIVIDADES DE LABORATORIO:
MONTAJE 1: Armar los circuitos trifásicos para medir con uno, dos y tres Vatímetros la
potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes conectadas en Estrella. Solicitar la
revisión del circuito. Conecte la fuente trifásica y mida las corrientes de línea y los voltajes de
línea y de fase en la carga.
CÁLCULO DE LAS POTENCIAS TRIFÁSICAS EN ESTRELLA
(Teóricamente)
Potencia Activa: Por ser un circuito balanceado:
P3Ø = 3.P1Ø
Pero: P1Ø = VF.IF.cosφ y sustituyendo tenemos:
P3Ø = 3.VF.IF.cosφ
En un circuitoconectado en estrella: IF = IL, y VL = √3.VF → VF = VL÷√3, tenemos:
P3Ø = √3.VL.IL.cosφ
Donde:
P3Ø = Potencia Activa Trifásica
P1Ø = Potencia Activa Monofásica
VL y IL = Voltaje y Corriente de Línea
VF y IF = Voltaje y Corriente de Fase
cosφ = factor de potencia
Potencia Reactiva: Por ser un circuito balanceado:
Q3Ø = 3.Q1Ø
Pero Q1Ø = VF.IF.senφ, entonces sustituyendo tenemos:
Q3Ø = 3.VF.IF.senφ
En una conexión en estrella: IF = IL, y VL = √3.VF → VF = VL÷√3, entonces tenemos:
Q3Ø = √3.VL.IL.senφ
Donde:
Q3Ø = Potencia Reactiva Trifásica
Q1Ø = Potencia Reactiva Monofásica
senφ = sen(cos-1φ)
Potencia Compleja: Por ser el circuito balanceado:
S3Ø = 3.S1Ø
Pero: S1Ø = VF.IF*, entonces sustituyendo tenemos:
S3Ø = 3.VF.IF*
En un circuito conectado en estrella: IF = IL, y VL = √3.VF → VF = VL÷√3, entoces tenemos:
S3Ø = √3.VL.IL*
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Donde:
S3Ø = Potencia Compleja Trifásica
S1Ø = Potencia Compleja Monofásica
IF* = Corriente de Fase Conjugada
IL* = Corriente de Línea Conjugada
Potencia Aparente Trifásica: Se calcula como el módulo de S3Ø.
MONTAJE “1A”: Medición de Potencia Activa Trifásica en Estrella, con un Vatímetro.
P3Ø = 3.LW1
Donde:
P3Ø = Potencia Activa Trifásica
LW1 = VAN.IA.cosφ = Lectura del Vatímetro “W1”
VAN = Voltaje visto por “W1” entre “A” y “N”
IA = Corriente vista por “W1” en “A”
φ = es el ángulo entre el voltaje y la corriente vista por “W1”
A
B.A.
IA
B.V.
W1
IN
N
100 W
100 W
C
VAN
100 W
B
MONTAJE “1B”: Medición de Potencia Activa Trifásica en Estrella, con dos Vatímetros.
P3Ø = LW1 + LW2
A
B.A.
IA
B.V.
W1
IN
N
100 W
100 W
C
B
W2
VAN
100 W
B.V.
B.A.
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MONTAJE “1C”: Medición de Potencia Activa Trifásica en Estrella, con tres Vatímetros.
P3Ø = LW1 + LW2 + LW3
A
IA
B.A.
B.V.
W1
IN
N
B.V.
C
B
100 W
100 W
VAN
100 W
B.A.
W2
W3
B.V.
B.A.
REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR
LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS
Valores Teóricos
Valores Experimentales
IA
IB
IC
IN
VAN
VBN
VCN
VAB
VBC
VCA
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Valores Teóricos
Lectura del
Vatímetro (W)
Con un
Vatímetro
Con dos
Vatímetros
Potencia Activa
Trifásica (W)
Valores Experimentales
Lectura del
Vatímetro (W)
Potencia Activa
Trifásica (W)
LW1
LW1
LW2
LW1
Con tres
Vatímetros
LW2
LW3
MONTAJE 2: Armar los circuitos trifásicos para medir con uno, dos y tres Vatímetros la
potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes conectadas en Delta. Solicitar la
revisión del circuito. Conecte la fuente trifásica y mida los voltajes de línea y las corrientes de
línea y de fase en la carga.
CÁLCULO DE LAS POTENCIAS TRIFÁSICAS EN DELTA
(Teóricamente)
Potencia Activa:
Por ser un circuito balanceado:
P3Ø = 3.P1Ø
Pero: P1Ø = VF.IF.cosφ, sustituyendo tenemos:
P3Ø = 3.VF.IF.cosφ
Para la conexión en delta: VF = VL, y IL = √3.IF → IF = IL÷√3, entonces tenemos:
P3Ø = √3.VL.IL.cosφ
Donde:
P3Ø = Potencia Activa Trifásica
P1Ø = Potencia Activa Monofásica
VL y IL = Voltaje y Corriente de Línea
VF y IF = Voltaje y Corriente de Fase
cosφ = factor de potencia
Potencia Reactiva:
Por ser un circuito balanceado:
Q3Ø = 3.Q1Ø
Pero: Q1Ø = VF.IF.senφ, sustituyendo tenemos:
Q3Ø = 3.VF.IF.senφ
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Para la conexión en delta: VF = VL, y IL = √3.IF → IF = IL÷√3, tenemos:
Q3Ø = √3.VL.IL.senφ
Donde:
Q3Ø = Potencia Reactiva Trifásica
Q1Ø = Potencia Reactiva Monofásica
senφ = sen(cos-1φ)
Potencia Compleja:
Por ser el circuito balanceado:
S3Ø = 3.S1Ø
Pero: S1Ø = VF.IF*, sustituyendo tenemos:
S3Ø = 3.VF.IF*
Para la conexión en delta: VF = VL, y IL = √3.IF → IF = IL÷√3, tenemos:
S3Ø = √3.VL.IL*
Donde:
S3Ø = Potencia Compleja Trifásica
S1Ø = Potencia Compleja Monofásica
IF* = Corriente de Fase Conjugada
IL* = Corriente de Línea Conjugada
Potencia Aparente Trifásica: se calcula como el módulo de S3Ø.
MONTAJE “2A”: Medición de Potencia Activa Trifásica en Delta, con un Vatímetro.
P3Ø = 3.LW1
Donde:
P3Ø = Potencia Activa Trifásica
LW1 = VAN.IA.cosφ = Lectura del Vatímetro “W1”
VAB = Voltaje visto por “W1” entre “A” y “B”
IAB = Corriente vista por “W1” entre “A” y “B” en la carga
φ = es el ángulo entre el voltaje y la corriente vista por “W1”
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MONTAJE “2B”: Medición de Potencia Activa Trifásica en Delta, con dos Vatímetros.
P3Ø = LW1 + LW2
A
B.A.
IA
B.V.
W1
100 W
100 W
VAB
N
IAB
C
B
W2
100 W
B.V.
B.A.
REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR
LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS
Valores Teóricos
Valores Experimentales
IA
IB
IC
IN
IAB
IBC
ICA
VAB
VBC
VCA
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Valores Teóricos
Lectura del
Vatímetro (W)
Con un
Vatímetro
Con dos
Vatímetros
Potencia Activa
Trifásica (W)
Valores Experimentales
Lectura del
Vatímetro (W)
Potencia Activa
Trifásica (W)
LW1
LW1
LW2
D. POST-LABORATORIO:
CÁLCULOS:
1.
Calcular el factor de potencia en los MONTAJES “1B” y “2B”, a partir de las lecturas del
Método de los dos Vatímetros.
2.
Verificar los valores de potencia activa y factor de potencia determinados
experimentalmente con los valores reales.
3.
Calcular la potencia como producto de la corriente por el voltaje, y compararla con los
valores teóricos y experimentales.
CUESTIONARIO:
1.
¿Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales de potencia trifásica
en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa
2.
¿Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales del factor de potencia
en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa
3.
¿Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales del defasaje entre los
voltajes de línea y de fase en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa
4.
¿Cómo se determina la potencia reactiva de los circuitos diseñados?
5.
¿Cómo se determina la potencia compleja de los circuitos diseñados?
6.
¿Cuál es la relación experimental entre la corriente de línea y la corriente en la impedancia
(corriente de fase) de la carga conectada en delta? Razonar el resultado.
7.
¿Cuál es la relación experimental entre el voltaje de línea y el voltaje de fase en la
impedancia de la carga conectada en estrella? Razonar el resultado.
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