Curso: ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN CORRIENTE ALTERNA Tema: “LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y DE POTENCIA” Sección: 37272 Docente: ARTURO PACHECO VERA Integrantes: ● ● ● ● Dagny Daniel Lara Yunis Juliñho Carbajal Paucar Jose sthuar velita torres Saul Serrano Atiro U18213762 U18104253 U18216370 1511893 Facultad de Ingeniería, Universidad Tecnológica del Perú Julio, 2022 FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 2 de 17 Índice 1. Resumen 3 2. Abstract 3 3. Introducción 3 4. Fundamento teórico 3 5. Materiales y equipos 6 6. Actividades realizadas 6 7. Observaciones 16 8. Conclusiones 17 9. Referencias Bibliográficas 18 FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 3 de 17 1. Resumen En el presente laboratorio simularemos, analizaremos y realizaremos conclusiones con los circuitos compuestos por cargas inductivas, resistivas y capacitivas, observaremos el efecto del incremento del factor de potencia, incrementando la capacidad de nuestra carga capacitiva que simulara como nuestro banco de condensadores para visualizar la existencia de variación en la potencia que suministra la fuente, de igual forma haciendo las configuraciones que señala el laboratorio interpretaremos la respuesta de la potencia activa, reactiva y aparente que requiere el sistema. Ambos circuitos serán evaluados teórica y experimentalmente ya que sus medidas obtenidas mediante las formas ya descritas suelen ser distintas entre sí. Además, interpretaremos cada resultado de manera específica acotando temáticas ya estudiadas en clase 2. Abstract 3. Introducción A lo largo de la historia el ser humano con el fin de adquirir conocimiento y control sobre su entorno, ha ido descubriendo y dando usos a diversas formas de energía por mencionar algunas como la energía mecánica, la electromagnética, entre otras. De entre las cuales destaca una que se convirtió en las bases de todos los avances tecnológicos y la modernidad actual como la conocemos; la energía eléctrica, de ella es que despliegan innumerables aplicaciones en los distintos campos de la vida del ser humano contemporáneo. La energía eléctrica es la que circula dentro de los diversos componentes “electrónicos” que tenemos en casa, en el trabajo, la escuela, etc. Se nos brinda en dos formas de flujo, la de flujo continuo DC y la de flujo alterno AC. Pese a ser ambas muy demandadas, es la corriente AC la que resulta más comercial, y la que viene siendo distribuida para uso doméstico e industrial. De los componentes que nos ayudan a controlar y suministrar dicha corriente obtenemos mediciones de potencia y carga con los cuales identificamos la demanda y rentabilidad de los sistemas que implementamos. Muchos de los cuales requieren altas potencias para operar óptimamente, recargando en un consumo elevado y no rentable. Entonces por qué se las siguen usando se preguntaran, es gracias a la implementación de cargas capacitivas, resistivas, e inductivas que podemos aminorar enormemente esta brecha entre consumo y practicidad. 4. Fundamentos teóricos MAGNITUDES DE FASE Denominamos tensiones y corrientes de fase de un sistema trifásico de tres elementos –tres generadores o tres cargas-, a las tensiones que hay entre sus extremos y a las corrientes que FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 4 de 17 circulan por cada uno de los tres elementos, respectivamente. Las magnitudes de fase dependen de la forma en que estén conectados los tres elementos de un sistema trifásico, estrella o triángulo, como veremos en los apartados siguientes. Los valores eficaces de las tensiones y de las corrientes de fase en un sistema equilibrado se van a denominar VF e IF, respectivamente. En el caso de un sistema trifásico de impedancias, dado que estas magnitudes son las tensiones entre sus extremos y las corrientes que circulan por ellas, se guarda la ley de Ohm entre las tensiones y corrientes de fase. 5. Materiales y equipos FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 5 de 17 6. Actividades realizadas 6.1. Configure el circuito mostrado en la figura 1. 6.2 Encienda la computadora, luego inicie el software LVDAC-EMS. En la ventana de arranque de LVDAC-EMS, asegúrese de que se detecta la interfaz de adquisición de datos y de control. Verifique que esté disponible la función instrumentación computarizada para la interfaz de adquisición de datos y de control, seleccione la tensión y frecuencia de red que corresponde a la red de potencia CA local, luego haga clic en el botón aceptar para cerrar la ventana de inicio de LVDAC- EMS. En el software LVDAC- EMS, inicie la aplicación Aparatos de medición. ajuste los medidores para observar los valores eficaces (rms) (ca) de las tensiones en las entradas E1, E2 y E3 de la interfaz de adquisición de datos y de control. Haga clic en el botón Regeneración continua para activar la actualización continua de los valores indicados por los diferentes medidores de la aplicación aparatos de medición FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 6 de 17 6.3 Mida y registre a continuación las tensiones de fase medidas en la fuente de potencia CA trifásica. E1-N= 31.13 E2-N= 31.13 E3-N= 31.13 Ejemplo: Determine el valor promedio de las tensiones de fase. 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐸1−𝑁 +𝐸2−𝑁 + 𝐸2−𝑁 3 = 31.13 +31.13+31.13 3 =31.13 6.4 En el software LVDAC-EMS, inicie el osciloscopio y luego haga clic en figuraciones apropiadas para observar las formas de onda de las tensiones de fase correspondientes a las entradas E1, E2 y E3. FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 7 de 17 El desplazamiento de fase, o desfase, entre cada onda seno de tensión de la Fuente de potencia CA trifásica, ¿es igual a 120°? Respuesta: Si, el desplazamiento de fase, o desfase, entre cada onda seno de tensión de la Fuente de potencia CA trifásica es igual a 120°. 6.5 En el software LVDAC-EMS inicie el analizador de fasores, luego haga clic configuraciones apropiadas para observar los valores de tensión de fase correspondientes a las entradas E1, E2 y E3. El desplazamiento de desfase entre cada fasor de tensión de la Fuente de potencia CA trifásica, ¿es igual a 120°? Respuesta: Si, el desplazamiento de desfase entre cada fasor de tensión de la Fuente de potencia CA trifásica es igual a 120°. FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 8 de 17 6.6 Modifique las conexiones de las entradas de tensión para medir las tensiones de línea de la fuente de potencia ca trifásica, luego encienda esta fuente en la fuente de alimentación. Mida y registre a continuación las tensiones de línea de la fuente de potencia ca trifásica. Apague esta última. E1-2= 53.97 E2-3= 53.93 E3-3= 53.97 Determine el valor promedio de las tensiones de fase. 𝐸linea𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = 𝐸1−𝑁 +𝐸2−𝑁 + 𝐸2−𝑁 53.97 +53.93+ 53.97 3 3 = 53.96 6.7 Calcule la relación entre la tensión de línea 𝐸𝐿í𝑛𝑒𝑎 promedio y la tensión de fase 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒promedio. 𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 53.96 = 31.13 =1.7334 La relación entre la tensión de línea ELínea promedio y la tensión de fase EFase promedio calculada en el punto anterior, ¿es aproximadamente igual a 1.73 (√3)? Respuesta: Si, la relación entre la tensión de línea ELínea promedio y la tensión de fase EFase promedio calculada en el punto anterior es aproximadamente igual a 1.73 (√3). CONEXIÓN ESTRELLA 6.8 Configure el circuito trifásico resistivo conectado en estrella mostrado en la figura 2. Asegúrese de hacer los ajustes necesarios en el módulo carga resistiva para obtener los valores de resistencia requeridos. El apéndice C lista los ajustes requeridos en la carga resistiva para poder obtener diferentes valores de resistencia. FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Tension: 120V Frecuencia: 60Hz Página 9 de 17 Tension: 220V Frecuencia: 50Hz FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 10 de 17 6.9 Mida y registre a continuación las tensiones y corrientes del circuito de la figura 2. Luego apague la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. Emplearemos el de 220V 50Hz ER1= 127.1 ER2= 127.0 ER3= 127.0 Elinea= 220.1 IR1= 0.115 IR2= 0.115 IR3= 0.115 Ilinea= 00.00 6.10 Compare las tensiones de carga individuales Er1, Er2 y Er3, medidas en el paso anterior. ¿son aproximadamente iguales? Si son aproximadamente iguales : 127.0V 6.11 Compare las corrientes de carga individuales Ir1, Ir2 e Ir3 medias en el paso anterior. ¿son aproximadamente iguales? Si son aproximadamente iguales : 0.115A FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 11 de 17 ¿Esto significa que la carga trifásica esta balanceada? Si, por que 6.12 Calcular la tensión de fase Efase promedio utilizando las tensiones de fase registradas en el punto 6.9 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐸𝑅1 +𝐸𝑅2 + 𝐸𝑅3 3 = 127.1 +127.0+127.0 3 =127.03 La relación entre la fase de línea 𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 y la tensión de fase 𝐸𝑓𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 . ¿Es aproximadamente igual a √3.? 𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 220.1 = 127.03 =1.7327 Si, la relación entre la tensión de línea ELínea promedio y la tensión de fase EFase promedio calculada en el punto anterior es aproximadamente igual a 1.73 (√3). La corriente In que fluye en el neutro. ¿es aproximadamente igual a cero? Si, la corriente In que fluye en el neutro es aproximadamente igual a cero 6.13 Desconecte el neutro luego encienda la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. La desconexión del neutro. ¿Afecta las tensiones y corrientes medidas que se indican en la ventana de los aparatos de medición? No afecta las tensiones y corrientes medidas que se indican en la ventana de los aparatos de medición En un circuito trifásico conectado en estrella ¿se requiere el conductor neutro? No, en un circuito trifásico conectado en estrella no se requiere el conductor neutro FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 12 de 17 6.14 Apague la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. Calcule la potencia activa disipada en cada fase del circuito y la potencia activa total Pt que el mismo disipa utilizando las tensiones y corrientes registradas en el paso 6.9. 𝑃𝑅1 = 𝐸𝑅1 ∗ 𝐼𝑅1 =127.1∗ 0.115=14.62 𝑃𝑅2 = 𝐸𝑅2 ∗ 𝐼𝑅2 = 127.0∗ 0.115=14.61 𝑃𝑅3 = 𝐸𝑅3 ∗ 𝐼𝑅3 = 127.0∗ 0.115=14.61 𝑃𝑇 = 𝑃𝑅1 + 𝑃𝑅2 + 𝑃𝑅3 = 14.62+14.61+14.61=43.84 6.15 Calcule la corriente de fase Ifase promedio utilizando las corrientes de fase registradas en el paso 6.9. I𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐼𝑅1 +𝐼𝑅2 + 𝐼𝑅3 3 = 0.115 +0.115+0.115 3 =0.115 6.16 Calcule la potencia activa total Pt disipada en el circuito utilizando los valores promedio de las tensiones de fase EFASE y la corriente de fase IFASE y compare el resultado con la potencia activa total Pt calculada en el paso 6.14. ¿ambos valores son aproximadamente iguales? Pt = 3 (EfASE*IfASE ) = 3 (127.03*0.115 )=43.83 CONEXIÓN TRIÁNGULO 6.17 Configure el circuito trifásico resistivo conectado en triángulo que se muestra en la figura 3. FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 13 de 17 6.18 Mida y registre a continuación las tensiones y corrientes del circuito de la figura 3, luego apague la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. No deje encendida la fuente de potencia ca trifásica mucho tiempo porque la potencia disipada por los resistores excede sus características normales. Tension: 120V Frecuencia: 60Hz Tension: 220V Frecuencia: 50Hz FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 14 de 17 Emplearemos el de 220V 50Hz E1= 220.9 E2= 220.7 E3= 220.7 I1= 0.200 I2= 0.200 I3= 0.200 6.19 Compare las tensiones de carga individuales 𝐸𝑅1, 𝐸𝑅2 y 𝐸𝑅3 medidas en el paso anterior. ¿son aproximadamente iguales? Si son aproximadamente iguales : 220.7V Compare las corrientes de carga individuales 𝐼𝑅1, 𝐼𝑅2 y 𝐼𝑅3 medias en el paso anterior ¿son aproximadamente iguales? Si son aproximadamente iguales : 0.200A Esto significa que la carga esta balanceada Si, porque 6.20 Calcule la corriente de fase 𝐼𝑓𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 utilizando los valores de corriente de fase registrados en el paso 6.18. I𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐼1 +𝐼2 + 𝐼3 3 = 0.200 +0.200+0.200 3 =0.200 FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Página 15 de 17 6.21 Reconecta las entradas de los medidores I1, I2 e I3 para medir las corrientes de línea del circuito trifásico conectado en triángulo, como se muestra en la figura 4. 6.22 Mida y registre a continuación las corrientes de línea del circuito de la figura 4, luego apague la fuente de potencia CA trifásica de la fuente de alimentación. Finalmente, determine el valor promedio de las corrientes de línea. FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia Página 16 de 17 FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO Atención: NO deje encendida la fuente de potencia CA trifásica mucho tiempo porque la potencia disipada por los resistores excede sus características nominales. 𝐼𝐿í𝑛𝑒𝑎1 = 0.347 𝐼𝐿í𝑛𝑒𝑎2 = 0.347 𝐼𝐿í𝑛𝑒𝑎3 = 0.347 Ilinea𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐼𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎1 +𝐼𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎2 + 𝐼𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎3 3 0.347 +0.347+ 0.347 3 = =0.347 6.23 Calcule la relación entre la corriente de línea 𝐼𝐿í𝑛𝑒𝑎 promedio del paso anterior y la corriente de fase 𝐼𝐹𝑎𝑠𝑒 promedio registrada en el paso 6.20. 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝐼𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 0.347 = 0.200 =1.735 ¿La relación es aproximadamente √3? Si, la relación es aproximadamente √3 =1.735 6.24 Calcule la potencia activa disipada en cada fase del circuito y la potencia activa total PT que el mismo disipa, utilizando las tensiones y corrientes registradas en el paso 6.18. 𝑃𝑅1 = 𝐸𝑅1 ∗ 𝐼𝑅1 = 220.9∗0.347=76.65 𝑃𝑅2 = 𝐸𝑅2 ∗ 𝐼𝑅2 = 220.7∗0.347=76.58 𝑃𝑅3 = 𝐸𝑅3 ∗ 𝐼𝑅3 = 220.7∗0.347=76.58 𝑃𝑇 = 𝑃𝑅1 + 𝑃𝑅2 + 𝑃𝑅3 = 76.65+76.58+76.58=229.81 6.25 Calcule la tensión de fase 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒 promedio utilizando las tensiones de fase registradas en el paso 6.18 𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐸𝑅1 +𝐸𝑅2 + 𝐸𝑅3 3 = 220.9 +220.7+220.7 3 =220.77 6.26 Calcule la potencia activa total PT disipada en el circuito utilizando la tensión de fase EFasepromedio registrada en el paso anterior y la corriente de fase IFase promedio registrada en el paso 6.20 y compare el resultado con la potencia activa total PT calculada en el paso 6.24. PT=3( Ilinea𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜∗𝐸𝐹𝑎𝑠𝑒𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜)=3( 0.347∗220.77)=229.82 ¿ambos valores son aproximadamente iguales? Si,ambos valores son aproximadamente iguales 229.81 =229.82 FACULTAD CURSO TEMA Ingeniería Análisis de circuitos en corriente alterna Laboratorio de Máquinas Eléctricas y de Potencia FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO 7. Observaciones 8. Conclusiones 9. Referencias bibliográficas Página 17 de 17
