1 Electrotecnia General “A” Curso 02 Trabajo Práctico Nº 0: Diseño

Electrotecnia General “A” Curso 02
Trabajo Práctico Nº 0: Diseño y Armado de un Circuito Monofásico
A) Objetivos:
1. Diseñar un circuito de corriente alterna monofásica, para medir tensión, corriente y
potencia consumida por una carga.
2. Precalcular los valores a medir.
3. Selección de los instrumentos adecuados.
4. Armado del circuito a utilizar.
5. Verificar la correspondencia entre los valores precalculados y los medidos en la práctica.
6. Conexión de un Transformador de corriente: el porqué de su utilización.
R1
A
220 V
CA
T
R2
W
V
L1 Atr
Referencias T: tablero con fusibles
Atr: Autotransformador variable
L1: interruptor bipolar
V: voltímetro
A:amperímetro
W: watímetro
R1,R2 : resistencias de carga
B) Circuito a utilizar:
C) Operación:
Se nos plantea la necesidad de resolver un problema práctico: diseñar un circuito eléctrico
para medir tensión corriente y potencia en una carga monofásica.
Para ello se proponen los pasos siguientes:
Dadas las características de la carga a ensayar: valor de las resistencias y su corriente
máxima admisible, se adoptará la forma de conectar dicha carga, y se precalcularán los
valores de tensión, corriente y potencia máximos.
Se dispondrá sobre la mesa del laboratorio instrumentos con distintos principios de
funcionamiento, alcances y funciones. Los alumnos deberán seleccionar aquellos que sean
aptos para cumplir con el objetivo propuesto.
1
Una vez seleccionados los instrumentos, los alumnos armarán el circuito y medirán tensión
corriente y potencia. Se discutirá la correspondencia entre objetivos y resultados.
Conexión de un transformador de corriente:
En algunos de los próximos ensayos que realizaremos, deberemos medir valores de
corriente que superan los alcances de los instrumentos disponibles.
Para salvar esta dificultad práctica se conecta un dispositivo denominado “transformador de
corriente” (o T.I.) en el circuito.
En el presente trabajo práctico se conectará un transformador de corriente, midiendo
nuevamente tensión, corriente y potencia.
Por último creemos importante destacar que, el haber observado el funcionamiento
de este conjunto de instrumentos: amperímetro, voltímetro y watímetro, nos facilitará
la tarea en los ensayos siguientes, ya que dicho conjunto se repetirá modificándose
solamente la carga a conectar.
2
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
CÁTEDRA: ELECTROTÉCNIA GENERAL “A” (65.03)
CURSO: 02………………………………………………………………….
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Alberto Oliboni
Trabajo de laboratorio N° 1: ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO:
RESISTENCIA EFECTIVA Y COMPENSACIÓN
DEL FACTOR DE POTENCIA
Padrón N°: . . . . . . .
Nombre: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ejecución
Fecha:
Docente:
Presentación
Fecha:
Docente:
Aprobación
Fecha:
Docente:
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
A) Introducción:
El presente trabajo práctico analiza un circuito formado por una impedancia
resistivo-inductiva que materializa, para los fines de estudio, a un consumo
industrial.
Luego de medirse la tensión aplicada, la corriente que circula y la potencia
consumida, se conectan capacitores en paralelo, en incrementos sucesivos,
hasta hallar la combinación de ellos que proporcione la menor corriente.
En estas condiciones se mide nuevamente, correspondiendo las nuevas lecturas
al ensayo “con corrección del factor de potencia”.
I
ZRL
U~
C
Los diagramas fasoriales de tensión y corriente para ZRL, impedancia representativa
de un consumo industrial, C valor de la capacidad necesaria para corregir el factor de
potencia son:
Ū
ĪC
ϕ
-ϕ
Ū
ĪRL
El diagrama fasorial resultante será:
Ī
Ū
ĪC
ĪRL
Donde para este caso en particular de corrección total del factor de potencia, Ū e Ī
serán colineales y el conjunto se comportará como una carga resistiva pura.
Con los valores medidos para los estados antes y después de corregir el factor de
potencia, pueden construirse los diagramas de impedancia, admitancia y potencia.
1
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
Los subíndices RL indican el estado antes de la compensación y la ausencia de
subíndices el estado con corrección:
SRL
ZRL
jXRL
Xe = 0
GRL= G= Y
ϕ
-ϕ
Re
RRL
QRL = -QC
ϕ
BRL = -BC
PRL= P = S
YRL
El ángulo que forman YRL con G y SRL con P es precisamente ϕ, por lo que los
diagramas fasorial del circuito, el diagrama de admitancia y el triángulo de
potencias son triángulos semejantes.
Re y Xe son los componentes equivalentes de un circuito serie, de igual
comportamiento que nuestro circuito paralelo.
Re
Ze
jXe
En el trabajo práctico no realizaremos una compensación total del factor de
potencia (cosϕ =1), solo buscaremos la combinación de capacitores que
proporcionen la menor corriente. Por ello el circuito no tendrá carácter resistivo
puro, y la corriente no estará en fase con la tensión. Por la misma razón en el
diagrama de admitancias Y disminuirá, pero sin llegar a ser igual a GRL y el
triángulo de potencias S tampoco llegará al valor de PRL.
Los diagramas tendrán las siguientes formas:
Īactiva
ϕRL
U
Īreactiva corregida
Ī
IRL
Īreactiva
Z
ZRL
jXRL
jXe
ϕRL
Re
RRL
2
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
GRL
- ϕRL
Y
SRL
B
QRL
S
ϕRL
YRL
BRL
Q
P = PRL
A la bobina representativa de una carga de tipo industrial, le cambiaremos el
núcleo, de ese modo podremos observar como varían los parámetros medidos.
En el primer ensayo el núcleo será una barra maciza de hierro dulce, en un
segundo ensayo el núcleo esta formado por un conjunto de laminas de hierro
aisladas entre sí.
Un material conductor sometido a un campo magnético variable consume potencia:
es asiento de las corrientes de Foucault, provocadas por las fuerzas
electromotrices inducidas en el seno del material por el campo variable.
Si además el material conductor es ferromagnético aparecerá otro consumo, que
es debido al fenómeno de histéresis propio del material. Estos consumos implican
pérdidas ya que la energía absorbida se transforma en calor no utilizable en el
núcleo por ello se trata de disminuirlos.
Para disminuir las pérdidas por histéresis se utilizan núcleos de materiales que
presenten un lazo de histéresis de menor área.
Para disminuir las pérdidas por corrientes de Foucault, se divide el núcleo en
laminas paralelas a las variaciones de flujo.
Entonces, el segundo ensayo se realizará con un consumidor que, con igual
tensión aplicada, presentará menos pérdidas en el hierro por corrientes de
Foucault.
Para poder comparar los resultados interesará dibujar los diagramas obtenidos, en
este ensayo en las mismas escalas que se usaron para el primer caso.
Al retirar el núcleo macizo luego del primer ensayo, podrá comprobarse que se
había calentado. Esto es debido a la pérdida de energía ocurrida en él, que se
transformó en calor.
Existen aplicaciones industriales donde este calentamiento se aprovecha con fines
útiles, los hornos de inducción.
Finalmente, se ensayará lo bobina retirando el núcleo magnético, o sea con núcleo
de aire. En este ensayo no se corregirá el factor de potencia, ya que el objetivo es
demostrar la decisiva importancia de la presencia del núcleo ferromagnético.
En efecto, por ser la inductancia proporcional a coeficiente de permeabilidad µ,
esta disminuirá drásticamente al retirar el hierro. Al disminuir L se reducirá Z, por lo
que no podrá mantenerse la tensión aplicada en los ensayos anteriores debido a la
elevada corriente que circularía.
3
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
Se realizará el ensayo haciendo circular la misma corriente que en el ensayo 1
(núcleo macizo y sin compensar), y se medirá la potencia y la tensión aplicada.
Al circular la misma corriente, las pérdidas de potencia en el conductor de la
bobina, llamadas pérdidas en el Cobre serán iguales, por ser:
pérd Cu = I 2 R
b
Donde Rb es la resistencia de la bobina medida en corriente continua.
Para el primer caso (con núcleo), la diferencia entre P y pérdCu correspondía a las
pérdidas en el hierro; en el segundo, por no existir núcleo ferromagnético asiento
de pérdidas se verificará que:
pérd Cu = P (estado 5 )
Para poder variar la tensión aplicada al circuito y así obtener la intensidad
deseada, se intercalará a la entrada del mismo un autotransformador variable, que
permitirá disponer, en sus terminales de salida, de tensiones desde cero hasta
algo más que el valor de la de red.
Resistencia Efectiva (REFECTIVA)
A partir de los valores de U, I y P medidos en el circuito y que se anotarán en una
planilla ( punto E), podemos calcular:
a) Las pérdidas en el conductor de la bobina ensayada
pérd Cu = I 2 R
b
b) Las pérdidas en el hierro pFe mediante la expresión:
pFe = P - pérd Cu
Donde P es la potencia total medida con el wattímetro y consumida por la bobina.
Estas pérdidas en el hierro pFe pueden ser representadas por una resistencia que
denominaremos Rpérd Fe.
4
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
En consecuencia podemos escribir:
P = U.I.cosϕ = I 2 . R b + I 2 R pérd.Fe
En donde la corriente I recorre tanto la resistencia Rb verdadera del arrollamiento
de la bobina, como la resistencia Rpérd. Fe que simboliza las pérdidas en el hierro.
Dado que ambas resistencias las suponemos que están en serie, entonces pueden
reemplazarse por una única resistencia que denominaremos REFECTIVA
P = I 2 . R EFECTIVA
El hecho de haber alimentado la bobina con núcleo de hierro, con corriente alterna
ha aumentado aparentemente la resistencia óhmica de la bobina, y que se puede
calcular mediante la expresión:
R EFECTIVA =
P
I2
Verificación:
Para ambos casos de corrección del factor de potencia será posible obtener, a
partir del diagrama de admitancia, el valor de los capacitores intercalados en el
circuito.
En este diagrama, por tratarse de un circuito paralelo, las componentes de las
admitancias de cada elemento (bobina y capacitor) se suman para obtener Ytotal
GRL
- ϕRL
B
Y
YRL
BRL
BC
Para ello, si BRL disminuyó hasta el valor B, su diferencia será la suceptancia de los
capacitores conectados, BC.
5
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
por ser BC = ω C
C=
BC
B
= C
ω 2Πf
El valor calculado se comparará con el de la capacitancia nominal de los
capacitores conectados.
B) Circuito de ensayo:
R
A
220
V
CA
∼
W
V
N
T
L1 Atr
C
B
Donde:
T: Tablero con fusibles
A: amperímetro a hierro móvil
L1:interruptor bipolar
V: voltímetro a hierro móvil
Atr: Autotransformador variable
W: wattímetro
B: Bobina
C: capacitores
C) Método Operativo:
Ensayo 1: bobina sola, núcleo macizo
Ensayo 2: bobina con núcleo macizo; capacitores que proporcionen la menor corriente
Ensayo 3: bobina con núcleo laminado.
Ensayo 4: bobina con núcleo laminado; capacitores que proporcionen la menor corriente.
Ensayo 5: bobina sola sin núcleo de hierro (con núcleo de aire).
6
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
Secuencia de Operaciones:
Se cerrará L1, verificando previamente que el cursor del autotransformador esté en
cero, y se elevará la tensión hasta obtener lecturas de I, U y P lo más alejadas de los
comienzos de las escalas para disminuir los errores de los instrumentos, (tomando
siempre en cuenta la corriente máxima admisible de la bobina).
Se tomará nota de las lecturas en forma simultanea (para evitar el efecto de las
fluctuaciones de la tensión de la red).
Se seleccionará ahora el conjunto de capacitores que proporcione la menor corriente y,
controlando que U no hubiera variado, se leerá nuevamente, anotando el valor de C
conectado.
Se repetirá lo anterior para núcleo laminado. Se seleccionará nuevamente el valor de C,
ya que no tiene porqué coincidir con el antes hallado.
Desconectado el circuito, se llevará el cursor del autotransformador a tensión cero y se
retirará el núcleo totalmente. Cerrando L1, se elevará U muy lentamente, ya que la
disminución de la inductancia L implica una fuerte disminución de la impedancia Z, con
un gran aumento de la corriente I para igual tensión. Llegando al valor del Ensayo 1, se
leerán los instrumentos.
Se desconecta el circuito.
Se medirá la resistencia Rb en corriente continua o si se dispone se tomará nota de su
valor indicado en la base de la bobina.
Se tomará nota de los instrumentos utilizados para el ensayo.
!
Atención: Antes de tocar las partes expuestas del circuito, una vez desconectado,
se descargará el banco de capacitores.
7
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
D) Lista de elementos utilizados
BOBINA:
Rb :
Imáx. :
CAPACITORES
Valores de C:
AUTOTRANSFORMADOR Marca:
INSTRUMENTO
MARCA
Snom:
PRINCIPIO
FUNCIONAM.
CLASE
N:
Uentrada:
ALCANCES
Usalida :
ALCANCE
MENOR
USADO
DIVISIÓN
Imáx. :
APRECIACIÓN
9
65.03 Electrotecnia General “A”
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
E) Cuadro de Valores
VALORES MEDIDOS
Ensayo
U
I
-
v
A
VALORES CALCULADOS
P
α
kW
C
P
µF
S
VA
Q
Y
cos ϕ
G
senϕ
ϕ
B
Z
Re
Xe
VAr
s
-
s
-
s
Ω
Ω
Ω
Pérd
Cu
PFe
W
1
2
3
4
5
S = U. I
G = Y. cos ϕ =
Q= S −P
2
cos ϕ =
Y=
2
P
S
I
U
P
U2
sen ϕ = 1 - cos 2ϕ
B = Y sen ϕ = Y 2 - G 2
U
Z=
I
R e = Z cosϕ =
P
= R efectiva
I2
X e = Z sen ϕ = Z 2 − R e2
pérd Cu = I 2 R b
pFe = P . pérd Cu
10
65.03 Electrotecnia General “A”
W
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
F) Diagramas
DIAGRAMAS
ESTADOS 1 y 2
Fasorial
Admitancia
Escala de U:
V/cm
Escala de I:
A/cm
Escala:
Impedancia
Escala:
s/cm
Potencia
Ω/cm
65.03 Electrotecnia General “A”
Escala:
VA/cm
11
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
DIAGRAMAS
ESTADOS 3 y 4
Fasorial
Admitancia
Escala de U:
V/cm
Escala de I:
A/cm
Escala:
Impedancia
Escala:
s/cm
Potencia
Ω/cm
65.03 Electrotecnia General “A”
Escala:
VA/cm
12
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
DIAGRAMAS
ESTADO 5
Fasorial
Admitancia
Escala de U:
V/cm
Escala de I:
A/cm
Escala:
Impedancia
Escala:
s/cm
Potencia
Ω/cm
65.03 Electrotecnia General “A”
Escala:
VA/cm
13
ENSAYO DE UN CIRCUITO MONOFÁSICO
G) Verificación
Estado
C medido (µF)
C calculado (µF)
∆C = Cmedido-Ccalculado
2
4
por ser BC = ω C
C=
BC
B
= C
ω 2Πf
H) Conclusiones:
1) Explique para qué se realiza la corrección del factor de potencia de un consumidor
2) Indique qué conclusiones obtiene de la comparación de los resultados de los ensayos 1 y 2
3) Idem 3 y 4
4) ¿Dónde se consume la potencia indicada por el wattímetro en el ensayo1? ¿Y en el ensayo
5?
65.03 Electrotecnia General “A”
14
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
CÁTEDRA: 65.03 ELECTROTECNIA GENERAL “A”
CURSO: 02…………………………………………………………………….
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Alberto Oliboni
Trabajo Práctico de laboratorio N° 2: ENSAYO DE UN CIRCUITO
TRIFÁSICO
Padrón N°:
Nombre:
Ejecución
Fecha:
Docente:
Presentación
Fecha:
Docente:
Aprobación
Fecha:
Docente:
ENSAYO DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
Objetivo:
Medición de potencias en un circuito trifásico conectado en estrella
tetrafilar y trifilar, con cargas equilibradas y desequilibradas, mediante el empleo
de vatímetros.
Elementos a utilizar:
W 1, W 2, W 3
AR, AS, AT, A0
U, U0
RR, RS , RT
CR, CS, CT
L1
L2
L3
SV
Vatímetros electrodinámicos
Amperímetros de hierro móvil
Voltímetro de hierro móvil
Banco trifásico de resistencias
Banco trifásico de capacitores
Llave tripolar
Llave inversora
Llave de cierre
Llave selectora voltimétrica
Circuitos a utilizar:
Tablero
3 X 380 V - 50 Hz
L1
R
AR
W1
S
AS
W2
T
AT
W3
L2
RR
L3
0
RT
CR
CS
CT
O’
A0
U0
RS
Llave selectora
voltimétrica
U
Listado de instrumentos:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
2
ENSAYO DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
INSTRUMENTO
Amperímetro
AR
Amperímetro
AS
Amperímetro
AT
Amperímetro
A0
Voltímetro
U0
Voltímetro
U
Vatímetro
W1
Vatímetro
W2
Vatímetro
W3
MARCA
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
NUMERO
CLASE
ALCANCES
ALCANCE
USADO
MENOR
DIVISIÓN
Método operativo:
Se alimentará el sistema con una tensión de 3 x 380 V-50 Hz y se
procederá a medir las corrientes, tensiones y potencias.
Se verificará que las llaves individuales del banco de resistores y
capacitores se encuentren abiertas. Se colocan las llaves L2 y L3 en la posición de
sistema tetrafilar, se energiza el circuito y se carga el mismo mediante
resistencias iguales RR, RS, RT y mediante los reóstatos R´y R´´ se ajusta para
equilibrar la carga, para lo cual las corrientes de línea sean iguales (IR = IS = IT) y
que la corriente de neutro sea cero (I0= 0).
Se deberá verificar también que las indicaciones de los vatímetros sean
iguales y positivas (sí alguno tiene indicación negativa se deberá invertir la
polaridad de la bobina del instrumento que corresponda)
A continuación se efectuarán ensayos con distintos tipos de carga de
acuerdo a lo indicado en el siguiente cuadro el cual deberá ser completado.
Se deberá tener especial cuidado de determinar la secuencia de
alimentación mediante el tercer ensayo, con carga equilibrada óhmico-capacitiva,
en sistema trifilar.
Si W RT < W ST Secuencia positiva
Si W RT > W ST Secuencia negativa
VALORES MEDIDOS
UL
URO
´
USO´ UTO´
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
UO´
O
IR
IS
IT
I0
WR
WS
WT
W RT W ST
3
ENSAYO DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
Fase Fase Fase
T
R
S
Trifilar
equilibrado
R
R
R
Tetrafilar
equilibrado
R
R
R
Trifilar
equilibrado
R/C
R/C
R/C
Tetrafilar
equilibrado
R/C
R/C
R/C
R
C
R/C
R
C
R/C
R
--
R
R
--
R
Trifilar
desequilibrad
o
Tetrafilar
desequilibrad
o
Trifilar
desequilibrad
o
Tetrafilar
desequilibrad
o
V
V
V
V
V
A
A
A
A
W
W
W
---
---
---
---
-----
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
-----
---
---
Con los valores obtenidos se procederá a efectuar los siguientes cálculos y
volcar los resultados al cuadro correspondiente.
P = WR + WS + WT
Sistema tetrafilar
P = W RT + W ST
Sistema trifilar
IL =
IR + IS + IT
3
P
cos ϕ =
3 ⋅ UL ⋅ IL
cos ϕ RT =
cos ϕ R =
WRT
UL ⋅ IR
WR
URO´ ⋅ IR
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
Para cargas equilibrad as
Para cargas equilibrad as
cos ϕ ST =
WST
UL ⋅ IS
cos ϕ S =
WS
USO´ ⋅ IS
4
ENSAYO DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
P
IL
UL
cos
ϕ
W
A
V
--
VALORES CALCULADOS
Fase Fase Fase
R
S
T
Trifilar
equilibrado
R
R
R
Tetrafilar
equilibrado
R
R
R
Trifilar
equilibrado
R/C
R/C
R/C
Tetrafilar
equilibrado
R/C
R/C
R/C
R
C
R/C
---
--
R
C
R/C
---
--
R
--
R
---
--
R
--
R
---
--
Trifilar
desequilibrad
o
Tetrafilar
desequilibrad
o
Trifilar
desequilibrad
o
Tetrafilar
desequilibrad
o
cos
ϕRT
cos
ϕRT ϕST ϕST
°
---
---
---
---
---
---
---
---
--
---
---
---
---
°
cos
ϕR
ϕR
cos
ϕS
ϕS
cos
ϕT
--
°
--
°
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
--
ϕT
°
---
---
---
---
Verificaciones:
1. Para cargas equilibradas, las potencias totales para sistemas tri y
tetrafilares deben ser iguales, así como los factores de potencia, lo cual se
verificará completando el siguiente cuadro:
Estado
Trifilar
equilibrado
Tetrafilar
equilibrado
Trifilar
equilibrado
Tetrafilar
equilibrado
Carga
P [W]
Cos ϕR
Cos ϕS
---
---
R
Cos ϕT Cos ϕRT Cos ϕST
---
R
R/C
---
---
---
---
---
---
---
R/C
2. Se debe cumplir la primera ley de Kirchhoff en todas las determinaciones
del centro de estrella de la carga. Se verificará la igualdad de corrientes de
fase para los estados con carga equilibrada, completando el siguiente
cuadro:
Estado
Carga
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
IR
IS
IT
I0
5
ENSAYO DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO
Trifilar
equilibrado
Tetrafilar
equilibrado
Trifilar
equilibrado
Tetrafilar
equilibrado
---
R
R
R/C
---
R/C
3. En los ensayos con carga trifilar desequilibrada, se verificará la igualdad
entre los valores medidos y los obtenidos gráficamente de la tensión de
neutro.
Estado
Trifilar
desequilibrado
Trifilar
desequilibrado
Carga
Uo´o
Medido
Uo´o
Calculado
R – C – R/C
R---R
4. Verificar el cumplimiento de la primera ley de Kirchhoff, comparando los
valores de la corriente medidos y los determinados gráficamente para las
corrientes IS e I0.
IS
ESTADO DE CARGA
Fase R Fase S Fase T
Trifilar
equilibrado
R
R
R
Tetrafilar
equilibrado
R
R
R
Trifilar
equilibrado
R/C
R/C
R/C
Tetrafilar
equilibrado
R/C
R/C
R/C
Trifilar
desequilibrado
R
C
R/C
Tetrafilar
desequilibrado
R
C
R/C
Trifilar
desequilibrado
R
--
R
R
--
R
Tetrafilar
desequilibrado
Medido
I0
Calculado
Medido
Calculado
---
---
---
---
---
---
---
---
Diagramas: Se efectuarán los diagramas fasoriales en escalas adecuadas
correspondientes a cada ensayo.
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
6
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
CÁTEDRA: 65.03 ELECTROTECNIA GENERAL “A”
CURSO: 02…………………………………………………….
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Alberto Oliboni
Trabajo de laboratorio N° 3: ENSAYO DE UN TRAN SFORMADOR
MONOFÁSICO
Padrón N°:
Nombre:
Ejecución
Fecha:
Docente:
Presentación
Fecha:
Docente:
Aprobación
Fecha:
Docente:
ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
Objetivo del ensayo:
1) Determinación experimental de las pérdidas en el hierro y en el cobre.
2) Determinación experimental de los parámetros del circuito equivalente del
3)
transformador.
Determinación del rendimiento y regulación a partir de un ensayo en carga.
Material necesario:
• 1 Transformador monofásico
• 1 Autotransformador variable
• 2 Amperímetros de hierro móvil.
• 1 Voltímetros de hierro móvil.
• 1 Vatímetro electrodinámico
• 1 Transformador de intensidad
• 1 Seccionador conmutador bipolar (L2)
• 1 Seccionador bipolar (L1)
• 1 Banco de resistencias
Datos del transformador:
Fabricante:
Potencia nominal:
Tensión primaria nominal:
Tensión secundaria nominal:
Corriente primaria nominal:
Corriente secundaria nominal:
kVA
V
V
A
A
Parte A: Ensayo en vacío.
A. 1 - Se procede al armado del siguiente circuito:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
2
ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
Variac
Tablero
220 V-50 Hz
I10
P10
A
W
Transformador a
ensayar
L1
L2
U10
U20
U
Listado de instrumentos:
INSTRUMENTO
MARCA
Amperímetro
I10
Voltímetro
U
Vatímetro
P10
NUMERO
PRINCIPIO DE
CLASE
FUNCIONAMIENTO
ALCANCES
ALCANCE
USADO
MENOR
DIVISIÓN
A. 2 - Se aplicará al primario del transformador la tensión nominal del mismo, con lo cual la
indicación del vatímetro será, las pérdidas en el hierro nominales.
Se completará el siguiente cuadro.
VALORES MEDIDOS
VALORES CALCULADOS
U10
U20
I10
P10
cos ϕ0
Im
Ip
RP
Xm
a
V
V
A
W
--
A
A
Ω
Ω
--
Se utilizarán las siguientes expresiones para el calculo de los parámetros:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
3
ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
a = U10/U20
cos ϕ0 = P1C/(U10 . I10)
IP = I10 . cos ϕ0
Im= I10C . sen ϕ0
Xm = U10/Im
Rp = U10/IP
Parte B: Ensayo en cortocircuito.
Listado de instrumentos:
INSTRUMENTO
MARCA
Amperímetro
I1CC
Amperímetro
I2CC
Voltímetro
U1CC
Vatímetro
P1CC
NUMERO
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
CLASE
ALCANCES
ALCANCE
USADO
MENOR
DIVISIÓN
B. 1 - Se procederá al armado del siguiente circuito:
Transformador de
intensidad
Tablero
220 V-50 Hz
Transformador a
ensayar
Variac
I1CC
P1CC
A
W
A
I2CC
L1
L2
U
U1CC
B. 2 - Se aplicará al primario del transformador una tensión reducida de forma tal de obtener las
corrientes nominales del mismo, con lo cual la indicación del vatímetro será, las pérdidas
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
4
ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
en el cobre nominales. Se completará el siguiente cuadro:
VALORES
MEDIDOS
KA
α
KA
α
KW
Valor
W
α
P1CC
Valor
A
kv
I2CC
Valor
A
α
I1CC
Valor
V
U1cc
VALORES
CALCULADOS
Cos
ϕ 1cc
R1 =
R21
X1 =
X21
--
Ω
Ω
Se utilizarán las siguientes expresiones para el cálculo de parámetros:
cos ϕ1cc = P1cc/(U1cc . I1cc)
Z 1cc =
R1 + R21 = P1CC/I21CC
U1CC
X 1 + X 21 =
I1CC
Z 1cc − (R 1 + R 21 )
2
2
Parte C: Ensayo en carga.
C. 1 - Se procederá al armado del siguiente circuito:
Transformador a
ensayar
Transformador de
intensidad
I2C
A
Tablero
220 V-50 Hz
Variac
I1C
P1C
A
W
RC
L1
L2
U
U1C
U2C
Listado de instrumentos:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
5
ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
INSTRUMENTO
MARCA
Amperímetro
I1C
Amperímetro
I2C
Voltímetro
U
Vatímetro
P1C
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
NUMERO
CLASE
ALCANCES
ALCANCE
USADO
MENOR
DIVISIÓN
C. 2 - Se aplicará tensión nominal al primario del transformador y se irá variando la carga hasta
nominal intercalando resistores. Con los valores obtenidos sé confeccionará el siguiente
cuadro:
VALORES MEDIDOS
U1C
α
kV
I1C
Valor
V
α
KA
P1C
Valor
A
α
KW
U2C
Valor
W
α
kV
I2C
Valor
V
α
KA
Valor
A
VALORES CALCULADOS
P2C
pcu
pfe
ptot
ηcalc
ηmed
∆U2
cos ϕ1c
W
W
W
W
--
--
V
--
Se utilizarán las siguientes expresiones:
P2C = U2C . I2C
pcu = P1CC (I1C/I1CC)2
ptot = pcu + pfe
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
6
ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
ηcal = (P1C - ptot)/P1C . 100
ηmed = P2C/P1C . 100
∆U2 = (U1C/a) - U2C
cos ϕ1C = P1C/(U1C . I1C)
Parte D: Diagramas fasoriales:
Se efectuarán los diagramas fasoriales para los ensayos de vacío, cortocircuito y para un
estado de carga del transformador .
Parte E: Curvas características:
Se graficarán las siguientes curvas:
∆U2 = f(P2C)
∆ptot = f(P2C)
ηcal = f(P2C)
cos ϕ1 = f(P2C)
Parte F: Cuestionario
1. ¿Si por definición es a=N1/N2 = E1/E2, porque se considera válida la relación:
a = U10/U20?
2. ¿Porqué se considera pFe = P10?
3. ¿Porqué se considera pCu = P1CC?
4. Justifique la relación: pCu = P1CC (I1C/I1CC)2
5. ¿Si hay diferencia entre los valores del rendimiento calculado y el rendimiento medido, a que
se debe?
6. Calcule la regulación del transformador ensayado a plena carga. ¿ es un valor aceptable?
¿porqué?
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
7
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
CÁTEDRA: 65.03 ELECTROTECNIA GENERAL “A”
CURSO: 02……………………………………………
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Alberto Oliboni
Trabajo Práctico de laboratorio N° 4:
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
Padrón N°:
Nombre:
Ejecución
Fecha:
Docente:
Presentación
Fecha:
Docente:
Aprobación
Fecha:
Docente:
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
Objetivo del ensayo:
Se efectuará un ensayo del tipo directo, es decir haciendo funcionar el motor en
condiciones normales de operación.
La carga que se utilizará será un generador de corriente continua, que a su vez
alimentará una resistencia variable. De esta forma se podrá estudiar el
comportamiento en distintas condiciones de operación.
Material necesario:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2 Amperímetros de hierro móvil.
1 amperímetro de bobina móvil
1 Voltímetro de hierro móvil.
1 Voltímetro de bobina móvil
1 Vatímetro electrodinámico de dos sistemas
2 Transformadores de intensidad
1 Llave conmutadora estrella triángulo
1 Llave tripolar(L1)
1 Llave bipolar (L2)
1 Llave unipolar(L3)
1 Destellador
1 Resistencia de carga
Datos del motor asincrónico:
Fabricante:
Modelo:
Potencia:
Tensión Nominal:
Corriente nominal:
Frecuencia:
Velocidad nominal:
Cosfi
pares de polos:
Servicio:
IP:
Datos del generador de Corriente Continua:
Fabricante:
Potencia:
Tensión Nominal:
Corriente nominal:
Excitación: Compound Adicional
Velocidad nominal:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
2
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
Circuito de ensayo:
Tablero 3 x 380 V - 50 Hz
R
S
T
L1
AR
AT
TI
W
TI
R S T
V
L3
AG
v
u
Arranque
0
I
estrella
triángulo
w
A
MAT
3∼
z
x
Mcc
y
R
VG
C
D
E
F
H
Destellador
Listado de instrumentos:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
3
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
INSTRUMENTO
MARCA
Amperímetro
AR
Amperímetro
AT
Amperímetro
AG
Voltímetro
U
Voltímetro
UG
Vatímetro
W
NUMERO
PRINCIPIO DE
CLASE
FUNCIONAMIENTO
ALCANCES
ALCANCE
USADO
MENOR
DIVISIÓN
Método operativo:
Con la resistencia de carga del generador de corriente continua totalmente
desconectada, se energiza el tablero y se cierra la llave "L1" y "L3", se oprime el
pulsador “I” del arranque "estrella triángulo", arrancando el motor en la conexión
estrella y cuando el motor alcanza aproximadamente el 85% de velocidad
nominal conmuta a conexión triángulo.
Se procede a cargar el motor, variando la resistencia de carga del
generador de corriente continua, hasta que el motor toma una corriente superior
en un 20 % de la nominal. Luego se toman 4 estados de carga disminuyendo la
corriente mencionada.
Cuando la corriente absorbida por el motor sea igual al 80 % de la corriente
nominal, se abrirá la llave "L3" para obligar al motor a funcionar conectado con
dos fases, y se efectuarán las lecturas correspondientes, observando su
comportamiento, para luego volver a cerrar dicha llave.
Las lecturas se volcarán en el siguiente cuadro:
VALORES MEDIDOS
Ensayo
IR
α
kA
IT
Valor
A
α
kA
U
Valor
A
V
P
α
kW
Valor
W
UG
IG
t
N
V
A
s
--
1
2
3
4
5
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
4
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
Con los valores obtenidos, se calcularán para cada estado, las siguientes
magnitudes:
N 60
= 60 ⋅ f
nS = t p
p
∆n
n = nS - ∆n
s=
I=
nS − n
nS
IR + IT
2
donde
donde f : frecuencia de la red
∆n : velocidad de deslizamiento
N : número de veces que pasa la señal del disco de
acoplamien to frente a un punto de referencia
p : pares de polos del motor
Velocidad de marcha del motor
resbalamie nto del motor
corriente promedio de línea [A]
Ia =
P
3 ⋅U
componente activa de la corriente de línea [A]
Ir =
I2 − I2a
componente reactiva de la corriente de línea [A]
cos ϕ =
Ia
I
PG = UG ⋅ IG
factor de potencia
potencia de salida del generador de corriente continua [W]
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
5
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
ηG
rendimient o del generador de corriente continua
Pmec =
T=
PG
potencia en el eje del motor [W]
ηG
Pmec
2 ⋅ π ⋅ n/60
cupla del motor [N.m]
p = P - Pmec
η=
pérdidas del motor [W]
Pmec
P
rendimient o del motor
Pérdidas en vacio del generador de Corriente continua: 180 W
Con los valores calculados se completará el siguiente cuadro:
VALORES CALCULADOS
Ensayo
∆n
n
s
I
Ia
Ir
cos ϕ
PG
ηG
Pmec
T
p
η
r.p.m.
r.p.m.
--
A
A
A
--
W
--
W
N.m
W
--
1
2
3
4
5
Curvas a trazar:
Se representarán las siguientes curvas:
•
•
Velocidad , rendimiento, pérdidas, corriente de línea, corriente activa,
corriente reactiva y cos ϕ en función de la potencia mecánica.
Cupla y corriente activa en función del resbalamiento
Conclusiones:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
6
ENSAYO DE UN MOTOR ASINCRÓNICO TRIFÁSICO
1. Explique el funcionamiento del arranque estrella-triángulo utilizado.
2. Cuales fueron las condiciones de funcionamiento con el motor
alimentado con dos fases.
PG
η
W
-
200
0,60
300
0,71
400
0,77
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
500
0,81
750
0,86
1000 1250 1500 1750 2000
0,89 0,90 0,89 0,85 0,80
7
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
CÁTEDRA: 65.03 ELECTROTÉCNIA GENERAL “A”
CURSO: 02……………………………………………………………….
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Alberto Oliboni
Trabajo de laboratorio N° 5:
ENSAYO DE UNA MAQUINA SINCRÓNICA
Padrón N°:
Nombre:
Ejecución
Fecha:
Docente:
Presentación
Fecha:
Docente:
Aprobación
Fecha:
Docente:
Objeto del ensayo:
ENSAYO DE UNA MAQUINA SINCRONICA
Se estudiará el funcionamiento de una máquina sincrónica utilizándola primero como
generador y luego como motor. En el ensayo a efectuar la máquina impulsora, será un motor de
corriente continua acoplado a su eje, pero se deberá tener en cuenta que en las centrales
eléctricas la potencia se obtiene de turbinas o motores de combustión.
En su funcionamiento como alternador, se ensaya la máquina trabajando aislada,
cargándola con receptores de distinto factor de potencia, a los efectos de analizar los efectos sobre
la tensión y la frecuencia.
Luego se realizará la maniobra de sincronización y entrada en paralelo con la red, a partir
de lo cual se observará, el comportamiento del alternador alimentando una red de potencia infinita.
Por último se analizará su comportamiento como motor, invirtiendo el sentido del par en el
acoplamiento.
Material necesario:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3 Amperímetros de hierro móvil.
2 amperímetros de bobina móvil
1 Voltímetro doble de hierro móvil.
2 Voltímetros de bobina móvil
2 Vatímetros electrodinámicos
2 Transformadores de intensidad
1 Frecuencímetro doble
1 Sincronoscopio
1 Llave conmutadora tripolar
1 Llave conmutadora bipolar
1 Banco trifásico de resistencias variables
1 banco trifásico de reactancias variables
1 banco de resistencias (para conectar a la máq. de CC cuando trabaja como gen.)
1 Resistencia variable para la excitación del alternador
1 resistencia variable para la excitación de la máquina de corriente continua
1 resistencia de arranque del motor de corriente continua
1 Rectificador para alimentación de la excitación del alternador
6 Lámparas para sincronización
1 Maquina sincrónica
1 Maquina de corriente continua
1 Rectificador
Máquina sincrónica:
Fabricante:
Potencia nominal:
Tensión nominal:
Corriente nominal:
Corriente de excitación nominal:
Tensión de excitación nominal:
Frecuencia nominal:
Velocidad nominal:
KVA
V
A
A
V
Hz
r.p.m.
Máquina de corriente continua:
Fabricante:
Potencia nominal:
Tensión nominal:
Corriente nominal:
Corriente de excitación nominal:
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
kW
V
A
A
2
ENSAYO DE UNA MAQUINA SINCRONICA
Listado de instrumentos:
INSTRUMENTO
Amperímetro
Amperímetro
Amperímetro
Amperímetro
Amperímetro
Voltímetro
Voltímetro
Vatímetro
Vatímetro
Frecuencímetro
MAR
CA
NUMER
O
PRINCIPIO DE
CLASE
FUNCIONAMIENTO
ALCANCES
ALCANCE
USADO
MENOR
DIVISIÓN
AR
AS
AT
AM
Aexc
UM
Uexc
W RS
W ST
f
Se utilizará el circuito que se encuentra en la pagina siguiente.
Acciones a realizar:
A)Funcionamiento de la máquina sincrónica como generador en isla.
1. Se arranca el grupo, llevando el alternador a régimen nominal de tensión y frecuencia,
accionando primero sobre la velocidad del motor de corriente continua (frecuencia) y luego
sobre la excitación del alternador para llegar a tensión nominal.
Antes de arrancar el motor de corriente continua verificar que la resistencia de arranque
esté totalmente intercalada, y la de excitación del mismo en su valor mínimo.
2. Se carga el alternador con un receptor reactivo inductivo equilibrado, con lo cual se
observará una disminución de la tensión y tal vez una pequeña disminución de la
frecuencia (las reactancias tienen un cierto valor de resistencia)
3. Sin modificar la carga se ajusta la tensión a valor nominal. Para ello se trabaja sobre la
excitación de la máquina sincrónica y también sobre la del motor de corriente continua si
hubiera variado la frecuencia.
4. Se conecta en paralelo con la carga reactiva anterior, una carga óhmica equilibrada, y se
observará una disminución de la frecuencia y de la tensión.
5. Sin modificar la carga se ajusta la frecuencia a su valor nominal, mediante la velocidad del
motor de corriente continua.
6. Sin modificar la carga se ajusta la tensión y la frecuencia a sus valores nominales. (al
variar la excitación del alternador se modifica la tensión y por ende la potencia activa que
entrega, con lo que se vuelve a afectar la frecuencia),se miden valores y se descarga la
máquina
B)Funcionamiento de la máquina sincrónica como generador conectado a la red pública:
1. Se efectúa la maniobra de sincronización con la red y se maniobra para entregar potencia
activa a la red de corriente alterna, para lo cual se debe accionar sobre la máquina de
corriente continua, y modificar la excitación hasta obtener igualdad en las indicaciones de
los vatímetros.
2. Se subexcita el alternador
3. Se sobreexcita el alternador
C) Funcionamiento de la máquina sincrónica como motor:
1. Se maniobra para hacer trabajar la máquina como motor
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
3
ENSAYO DE UNA MAQUINA SINCRONICA
Tablero 3 x 380 V 50 Hz
R
220 V CA
T
L1
R
N
S
Autotransformador
U
Ue
f
n
Ae
WRS
Lado Red
AR
MS
3∼
L2
AS
AT
destellador
M
C.C
.
Lado Carga
WTS
D
C
Re
R
Reóstato
de
arranque
R
M
L
UM
AM
Tablero C.C.
65.03 Electrotecnia General “A” Curso 02 Año 2006
X
4
ENSAYO DE UNA MÁQUINA SINCRÓNICA
Con los valores obtenidos se completa el siguiente cuadro:
A1
A2
A3
A4
A5
A6
B1
B2
B3
C1
65.03 Electrotecnia general “A
KA
α
KW
α
KW
UM
IM
Valor
A
α
Uexc
Valor
V
KA
Iexc
Valor
V
α
W RS
Valor
W
KA
W RS
Valor
W
α
IT
Valor
A
Hz
IS
Valor
A
kV
IR
Valor
A
α
f
Valor
V
Ensayo
U
Valor
A
VALORES MEDIDOS
ENSAYO DE UNA MÁQUINA SINCRÓNICA
Con los valores obtenidos, se calcularán para cada estado, las siguientes magnitudes:
I=
IR + IS + IT
corriente promedio de línea [A]
3
P = WRST
S=
3 ⋅U⋅I
cos ϕ =
P
factor de potencia
3 ⋅U⋅I
3 U I sen ϕ
Formula A
Q=
Formula B :
Q = S ⋅ sen ϕ
Con los valores calculados se completará el siguiente cuadro:
Ensayo
I
P
S
cos ϕ
Angulo
sen ϕ
Q
Formula
A
Q
Formula
B
A
W
VA
--
°
--
VAr
VAr
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
B1
B2
B3
C1
Diagramas
Se construirán los diagramas fasoriales trifásicos para los ensayos N° A3, A6, B1, B2, B3 y C1.
65.03 Electrotecnia general “A