2 lab electronica 2015 2 (2)
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Este documento describe los circuitos trifásicos, incluyendo las conexiones delta y estrella, y cómo calcular la potencia, corriente y tensión en dichos circuitos. Explica que los sistemas trifásicos utilizan tres conductores eléctricos y son más eficientes que los monofásicos. Detalla las diferencias entre las conexiones delta y estrella, y cómo medir la potencia usando dos watímetros. El objetivo es establecer las relaciones entre tensión, corriente y potencia en circuitos trifásicos.
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- 5. “CIRCUITOS TRIFASICOS” INTRODUCCIÓN A diferencia de los sistemas monofásicos de CA, estudiados hasta ahora, que utilizan dos conductores eléctricos para su distribución y consumo, los sistemas trifásicos utilizan tres o cuatro conductores. En la práctica, no existen alternadores monofásicos para la producción de grandes cantidades de energía. Las centrales eléctricas se valen de alternadores trifásicos para la generación de la electricidad que posteriormente se consume en el sector industrial y doméstico, tanto en forma trifásica como monofásica, ya que, las líneas monofásicas se obtienen a partir de un sistema trifásico. En consecuencia, en nuestra práctica de laboratorio, nos enfocamos en estudiar las características de los circuitos de conexión delta y los circuitos de conexión estrella, sus respectivas conversiones , y su aplicación como parte integral a un previo análisis teórico-práctico. OBJETIVOS: 1. Establecer la relación existente entre la tensión y la corriente en circuitos trifásicos. 2. Aprender cómo se realizan las conexiones en triángulo y estrella. 3. Calcular la potencia activa (P), reactiva (Q) y aparente (S) en circuitos trifásicos. 4. Evaluar el factor de potencia.( cos (Ø) ) La mayor parte de la generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica se efectúa por medio de sistemas polifásicos; por razones económicas y operativas los sistemas trifásicos son los más difundidos. Una fuente trifásica de tensión esta constituida por tres fuentes monofásicas de igual valor eficaz pero desfasadas 120º entre ellas. La siguiente figura ilustra lo expuesto. eA (t) = 2U cos(wt) Analíticamente se puede expresar: eB(t) = 2U cos(wt − 2p /3) Fuente Tri fásica A B C
- 6. eC (t) = 2U cos(wt + 2p /3) Fasorialmente: Definiciones: Tensión de línea ó compuesta: tensión entre dos líneas del sistema ( UAB, UBC, UCA ). Tensión de fase: tensión de cada fuente del sistema o tensión sobre la impedancia de cada rama. Corriente de línea: corriente por la línea que sale de la fuente o corriente solicitada por la carga. Corriente de fase: corriente por la fuente o por la impedancia de cada rama. Sistema Triángulo y Sistema Estrella. En la siguiente figura cada fuente representa la bobina de un generador trifásico donde se inducen las tres tensiones del sistema trifásico Estas tres fuentes se pueden conectar en una de las dos formas que se presentarán a continuación. Conexión en triángulo. La conexión de las tres fuentes se realiza de la siguiente forma:
- 7. Para este tipo de conexión las tensiones de fase coinciden con las tensiones de línea. Las corrientes de fase ( IAB, IBC, ICA ) son distintas de las corrientes de línea ( IA, IB, IC ). La siguiente figura ilustra estas magnitudes. Se puede demostrar que para esta conexión la corriente de línea es igual a la corriente de fase multiplicada por raíz de tres. Conexión en Estrella. La conexión de las tres fuentes se realiza de la siguiente forma: Para este tipo de conexión las corrientes de línea ( IA, IB, IC ) y de fase ( IAB, IBC, ICA ) coinciden en cambio las tensiones de línea ( EAB, EBC, ECA )y de fase ( EAN, EBN, ECN ) son distintas. La siguiente figura ilustra estas magnitudes.
- 8. El punto N se denomina neutro y como se puede observar las tensiones de fase están definidas respecto de este punto. La siguiente figura ilustra la relación entre las tensiones de fase y de línea. Las dos figuras anteriores son equivalentes. A partir de estas figuras se puede deducir la relación entre las tensiones de fase y de línea. Los sistemas de tensiones de fase y de línea difieren en modulo en raíz de tres y están desfasados 30º. Secuencia de fases. El orden en que las tensiones o corrientes adquieren sus valores máximos se denomina Por lo que: Análogamente:
- 9. secuencia de fases. Así la secuencia ABC significa que la tensión Va presenta su máximo antes que la tensión Vb y a su vez esta lo hace antes que la tensión Vc. Esto es valido para cualquier otra secuencia y para las corrientes. La siguiente figura ilustra la secuencia ABC. De acuerdo a la secuencia de fases se definen: Secuencia directa: cuando respecto a un punto fijo los tres vectores de tensión girando en sentido antihorario pasan por el punto fijo en el siguiente orden: A, B, C. Secuencia Inversa: cuando respecto a un punto fijo los tres vectores de tensión girando en sentido antihorario pasan por el punto fijo en el siguiente orden: C, B, A. Carga Equilibrada. La carga se puede conectar en estrella o en triángulo al igual que la fuente. Se dice que la carga es equilibrada cuando las tres impedancias de carga son iguales. Por ejemplo para el caso de carga conectada en triángulo alimentada por un sistema directo de tensiones de valor eficaz 220 V , esto es:
- 10. Se puede observar que la relación entre las corrientes de fase y de línea es raíz de tres. A continuación se presenta el diagrama fasorial para una cara equilibrada alimentada por un sistema directo de tensiones: La relación de fases entre el sistema de corrientes de fase y de línea es 30º. Se tiene: Con Ω∠= º455Z entonces: Las corrientes de línea se calculan:
- 11. Carga equilibrada conectada en estrella. En general la carga puede tener o no accesible el neutro. El caso de cargas equilibradas es de interés central pues en la práctica las instalaciones eléctricas y máquinas se diseñan y construyen para que sean una carga de este tipo. Medición de potencia trifásica. Método de los dos Watímetros: Teorema de Blondell. Mediante la utilización de dos watímetros, conectados en cualquiera dos líneas de un sistema trifásico de tres hilos, es posible obtener la potencia total trifásica. La lectura de uno de los watímetros puede ser negativa pero la suma de las dos indicaciones debe ser mayor o igual a cero. Para el caso genérico en que la carga este dada por: Al imentadapor un sistema de tensiones directas donde se cumple: Se tiene: Así pues si º30=−qf entonces:
- 12. Para el caso de un sistema de tensiones perfecto y carga equilibrada, siendo θ el argumento de la carga, se tiene: A continuación se esquematiza la conexión de los watímetros. Para el caso de sistema de tensiones perfecto y carga equilibrada, la potencia reactíva se puede obtener a partir de la indicación de los watímetros de la siguiente forma: Q= 3(P2 −P1) De esta forma se puede determinar el factor de potencia de la instalación de la siguiente forma: tgq = 3(P2 − P1 ) P1 + P2 FP = cos(Artg q ) PROCEDIMIENTO : EQUIPOS Y MATERIALES Cantidad Descripción Marca Modelo Observación 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.
- 13. 1. RECONOCIMIENTO DE LA FUENTE TRIFASICA. Figura 6. Fuente alterna trifásica. Energice la fuente trifásica. Mida: (Experimental) URN USN UTN URS URT UST Calcule: ( Teórico ) a) UFASE c) ULINEA UFASE b) ULINEA L3 L2 L1
- 14. 2. CONEXIÓN DE UNA CARGA RESISTIVA (ESTRELLA) : a) Conexión de amperímetros para medir corrientes de línea. R S T Figura 7. Carga resistiva en estrella con amperímetros en las líneas. A1 R1 220 V R2 R3 A2 220 V A3
- 15. Para: R1 = R2 = R3 = 4400 . Ajuste la tensión entre R y S a 220 VAC. (Voltaje de Linea) Mida: (Experimental) URS UR1 IR IR1 URT UR2 IS IR2 UST UR3 IT IR3 Calcule: (Teórico) a) ULINEA g) P1 b) UFASE P2 c) ULINEA UFASE P3 d) ILINEA h) PTOTAL e) IFASE i) PT 3ULIL f) ILINEA IFASE j) % error = 219.7 218 219.5 24.8 27 26.9 26.6 26.7 25.2 126 126.6 126
- 16. 3. CONEXIÓN DE UNA CARGA RESISTIVA (TRIÁNGULO) : a) Conexión de amperímetros para medir corrientes de línea. R S T Figura 8. Carga resistiva en triangulo con amperímetros en las líneas. A1 R2 R1 110 V A2 110 V R3 A3
- 17. b) Conexión de amperímetros para medir corrientes de fase. R S T Figura 9. Carga resistiva en delta con amperímetros en las fases. 110 V 110 V
- 18. Para: R1 = R2 = R3 = 4400 . Ajuste la tensión entre R y S a 110 VAC.( Voltaje de Linea) Mida: (Experimental) URS URT UR1 UR2 IR IS IR1 IR2 UST UR3 IT IR3 Calcule: (Teórico) a) ULINEA g) P1 b) UFASE P2 c) ULINEA UFASE P3 d) ILINEA h) PTOTAL e) IFASE i) PT ULIL f) ILINEA IFASE j) % error= 110 109 109 36.6 39.6 40.5 23.5 22.5 22.1 110 109 109
- 19. 4. CONEXIÓN DE IMPEDANCIAS (z) EN ESTRELLA : R S T Figura 10. Carga RLC en estrella con amperímetros en las líneas. A1 Z1 220V Z2 Z3 A2 220V A3
- 20. Ajuste la tensión entre R y S a 220 VAC. (Voltaje de Linea) Mida: ( Experimental ) URS UX1 UR1 IR URT UX2 UR2 IS UST UX3 UR3 IT Para: R1 = R2 = R3 = 4400 y X1 = X2 = X3 = . Calcule: ( Teórico) a) ULINEA b) ILINEA e) Q1 Q2 = c) P1 Q3 P2 f) QTOTAL P3 g) STOTAL d) PTOTAL h) ST = 220 219.6 219 103.4 14.0 16.6 15.5 104.7 104.241,1 43.2 41,3
- 21. ULIL i) % error = j) Cos = k) =
- 22. CONCLUSIONES Aplicación de circuitos eléctricos < 2. Se ampliaron los conocimientos previamente obtenidos en la teoría acerca de las diferencias y las características existentes en un circuito delta respecto del circuito estrella. 3. Los errores que se encontraron en la experiencia se deben a las mediciones realizadas con el multímetro, las cuales no son exactamente iguales a las calculadas teóricamente debido a las condiciones del medio y la manipulación del aparato. 4. De acuerdo a la experiencia, las configuraciones delta-estrella no son totalmente equivalentes debido a que varían con cierto porcentaje de error, pero en la teoría si se puede verificar completamente que estas configuraciones son totalmente equivalentes. 5. Se pudo verificar que la tensión de línea en un circuito trifásico corresponde al valor de la tensión entre fases multiplicado por un factor , tal como la teoría lo menciona. 6. En esta experiencia también se pudo comprobar que una la corriente que pasa por la fase de una carga será la misma que la corriente que atraviesa los puntos o conductores de línea. Bibliografía www.circuitoeléctrico www. electrónica de circuito www. Circuito trifásico www.circuitotrifásico desbalanceado www.circuitotrifásico eléctrico
- 24. Rúbrica Curso: LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Ciclo: I Actividad: LABORATORIO Nº 14 : CIRCUITOS TRIFASICOS Semana: Nombre y apellido del alumno: Sección: Docente: Observaciones Periodo: Fecha: Documentos de Evaluación Hoja de Trabajo X Archivo informático Informe Técnico X Planos Caso Otros: CRITERIOS A EVALUACIÓN Excelente Bueno Requiere Mejora No aceptable Puntaje Logrado Analiza las conexiones estrella y triangulo determinando la relación entre la tensión y la corriente en circuitostrifásicos. 3 2 1 0 Calcula la potencia activa, reactiva y aparente en circuitos trifásicos. 3 2 1 0 Culminó la tarea en el tiempo previsto 1 0,5 0 0 Demostró conocimiento acerca de los temas tratados (prueba escrita / oral, intervenciones) 4 3 1 0 Presenta informe (redacción, ortografía, formato) 2 1,5 1 0 Presenta análisis crítico (datos, esquemas, observaciones, conclusiones) 3 2 1 0 Aplica procedimientos seguros. 2 1,5 1 0 Trabaja en equipo (orden, colaboración) 2 1,5 1 0 Puntaje Total Comentarios al alumno: (De llenado obligatorio) Descripción Excelente Completo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo todos los requerimientos. Bueno Entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo la mayoría de requerimientos. Requiere mejora Bajo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos. No Aceptable No demuestra entendimiento del problema o de la actividad.