LABORATORIO N° 08 “CIRCUITOS TRIFASICOS” CARRERA : TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA CICLO :I SECCIÓN : “A” DOCENTE : BENITES JARA, PEDRO PABLO CURSO : LABORATORIO DE ELECTRICIDAD ALUMNO (S) : CHÁVEZ CORONEL, CESAR ALTAMIRANO FLORIAN, RENATO GUTIERREZ MORIN, DARIO 2017 II INTRODUCCIÓN La tensión alterna que está presente en todos nuestros hogares se le llama monofásica. Sin embargo este tipo de tensión no es la más adecuada para las industrias por tal motivo necesitamos de una tensión con más potencia, la cual es la tensión trifásica. Es una de las tensiones más difundidas ya que se puede transmitir a grandes distancias elevando su voltaje. CIRCUITOS TRIFÁSICOS I. Objetivos 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. II. Establecer la relación existente entre la tensión y la corriente en circuitos trifásicos. Aprender cómo se realizan las conexiones en triángulo y estrella. Calcular la potencia activa (P), reactiva (Q) y aparente (S) en circuitos trifásicos. Evaluar el factor de potencia.( cos (Ø) ) Marco teórico En ingeniería eléctrica, un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente valor eficaz), que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120° eléctricos, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. Voltaje de las fases de un sistema trifásico equilibrado. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120°. Voltaje de las fases de un sistema trifásico equilibrado. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120°. Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y están desfasados simétricamente. Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (corrientes diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones está desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas, el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas. El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, como son la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos de menor sección 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. Los generadores utilizados en centrales eléctricas son trifásicos, dado que la conexión a la red eléctrica debe ser trifásica (salvo para centrales de poca potencia). La trifásica se usa masivamente en industrias, donde las máquinas funcionan con motores trifásicos. Existen dos tipos principales de conexión; en triángulo y en estrella. En estrella, el neutro es el punto de unión de las fases. Conexión en estrella En un generador en configuración estrella, las intensidades de fase coinciden con las correspondientes de línea, por lo que se cumple (en caso de equilibrio) IF = IL. Las tensiones de fase y de línea en configuración estrella (en caso de equilibrio) se relacionan por √3UF = UL, relación obtenida al aplicar la segunda ley de Kirchhoff a los fasoresUan, Ubn y Uab de modo que resulta (transformando los fasores en vectores (x,y) para facilitar el cálculo): Uan - Ubn = Uab = √3Uan *(1(30º)) siendo Uan = UF y Uab = UL. Esta relación es visualizable dibujando el diagrama de estos fasores de tensión. Conexión en triangulo Si se conectan entre sí las fases del generador o de la carga, conectando el principio de cada fase con el final de la siguiente, se obtiene la configuración triángulo. En configuración triángulo, la intensidad de fase y la intensidad de línea se relacionan por √3IF = IL, relación obtenida al aplicar la primera ley de Kirchhoff a los fasores de intensidad de cualquiera de los tres nudos de modo que resulta Iba - Iac = Ia = √3Iba *(1(-30º)) siendo Ia = IL. Esta relación es visualizable dibujando el diagrama de estos fasores de intensidad. Las tensiones de fase y de línea en configuración triángulo coinciden UF = UL, lo que es evidente porque cada rama de fase conecta dos líneas entre sí. Potencia en los sistemas trifásicos equilibrados Compensación de potencia Dado el coste económico que supone la potencia reactiva para una central eléctrica, se tiende a eliminarla ("compensarla") añadiendo condensadores o bobinas a la carga. Para deducir la fórmula directa del valor de, por ejemplo, los condensadores hay que partir de saber cuánta potencia reactiva Q se quiere compensar. Los condensadores se colocarán inicialmente en paralelo a la carga (en estrella), por tanto su U será igual a la de fase en la carga. Toda la potencia de un condensador es reactiva Q = I*U. Sabiendo que la admitancia compleja del condensador Y = jωC, que Z = 1/Y y que por la ley de Ohm U = I*Z = I*(-1/ωC) = I/(-ωC) (cuidado con la inversa de un número complejo) se obtiene que para un condensador Q = I*U = -ωC*U2. Dado que no siempre se tiene Q sino la potencia activa P y el factor de potencia o el ángulo φ, la ecuación se suele escribir en función de la potencia activa de fase PF y del ángulo φ de forma el condensador aporte la variación ΔQ que se pretende en el circuito (siendo por definición tgφ = Q/P y U = UF = U de fase en la carga) ΔQ = Q2 - Q1 = (tgφ2 - tgφ1)*PF = ωC*UF2. III. IV. Equipos y materiales Cantidad Descripción Marca 01 Fuente de tensión AC trifásica regulable. LABVOLT 01 Carga resistiva. LABVOLT 01 Carga Inductiva LABVOLT 01 Carga Capacitiva LABVOLT 01 Pinza Amperimetrica AC. AMPROBE 01 Multímetro digital. FLUKE 10 Cables para conexión. Procedimiento 1. RECONOCIMIENTO DE LA FUENTE TRIFASICA. 120 V 209 V VOLTÍMETRO VOLTÍMETRO Figura 6. Fuente alterna trifásica. Energice la fuente trifásica. Mida: (Experimental) U RN 120v URS 209v U SN 120v URT 209v U TN 120v UST 209v Calculo: (Teórico) a) U FASE 120 V c) U LINEA 1.73 U FASE b) U LINEA 207.8V 2. CONEXIÓN DE UNA CARGA RESISTIVA (ESTRELLA) : a) Conexión de amperímetros para medir corrientes de línea. R A1 R1 220 V R2 S R3 A2 220 V T A3 Figura 7. Carga resistiva en estrella con amperímetros en las líneas. Para: R1 = R2 = R3 = 4400 . Ajuste la tensión entre R y S a 220 VAC. (Voltaje de Linea) Mida: (Experimental) Voltaje de línea: 120 v Voltaje de fase: 69.3 v corriente de línea: 15.8 m A corriente de fase: 15.8 m A Calculo: (teórico) Voltaje de línea: 120v Voltaje de fase: 120 ÷ √(3) = 69.28v Corriente de fase: 69.28/4400 = 15.74 mA Corriente de línea: 15.74 mA 3. CONEXIÓN DE UNA CARGA RESISTIVA (TRIÁNGULO) : a) Conexión de amperímetros para medir corrientes de línea. R A1 R1 R2 110 V S A2 R3 110 V T A3 Figura 8. Carga resistiva en triangulo con amperímetros en las líneas. Para: R1 = R2 = R3 = 4400 . Ajuste la tensión entre R y S a 220 VAC. (Voltaje de Linea) Mida: (Experimental) Voltaje de línea: 120 v Voltaje de fase: 120 v corriente de línea: 45.9 m A corriente de fase: 27.3 m A Calculo: (teórico) Voltaje de línea: 120v Voltaje de fase: 120v Corriente de fase: 120/4400 = 27.27 mA Corriente de línea: 27.27 × √(3) = 47.24 mA 4. CONEXIÓN DE UN MOTOR JAULA DE ARDILLA EN ESTRELLA : 220 V VOLTIMETRO V. Cuestionario 1. ¿Qué relación existe entre las corrientes de línea y las corrientes de fase en la conexión estrella? - Las corrientes de línea y las de fase son las mismas en una conexión en estrella. 2. ¿Qué factor relaciona la tensión de fase con la de línea en la conexión estrella? - A la tensión de fase se le multiplica por √(3) para hallar la tensión de línea. 3. ¿Cuál es la relación existente entre las corrientes de línea y las corrientes de fase en la conexión triángulo? - A la corriente de fase se le multiplica por √(3) para hallar la corriente de línea. 4. Se conectan tres resistencias de 22 en triángulo, a una línea trifásica de 440 VAC. Calcule: a) La corriente de línea : Corriente de fase: 440/22=20 A ; corriente de línea: √(3) x 20 = 34.64 A b) La potencia trifásica total : PT 3U L I L VI. 3 X 440 X 34.64 =26399.2 W Recomendaciones Se recomienda usar el EPP necesario para evitar descargas y accidentes. Seguir las instrucciones del profesor, realizando cada actividad según las instrucciones indicadas. No energizar sin ayuda del profesor VII. Conclusiones Los voltajes en línea deben ser iguales para circuitos estables. Cuando se tiene un circuito estable la línea neutro es 0. En una conexión en estrella las resistencias de las fases tienen que estar equilibradas, si alguna estuviera desequilibrada la consecuencia seria que por el neutro habría corriente, entonces habría una falla en el sistema eléctrico conectado a dichas faces (el motor deja de funcionar o se malogra). El voltaje de línea en una conexión en estrella es igual al voltaje de fase entre raíz de 3. En una conexión en triangulo el voltaje de línea es igual al de fase. VIII. Bibliografía Sistema trifásico. (21 de septiembre de 2017). Recuperado el 02 de diciembre de 2017, de Wikipedia la enciclopedia libre: https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_trif%C3%A1sico IX. Anexos
