CATEDRA: MEDICIONES ELECTRICAS I

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1 Mediciones Eléctricas UNVERSDAD NACONAL DE MAR DEL PLATA FACULTAD DE NGENERA DEPARTAMENTO NGENERÍA ELÉCTRCA CATEDRA: MEDCONES ELECTRCAS GUA DE TRABAJOS PRACTCOS MEDCON DE POTENCA EN SSTEMAS MONOFÁSCOS CON CARGAS NO LNEALES Comisión ntegrantes Fecha Presentación Fecha y Firma Aprobación - OBJETVO DE LA PRÁCTCA. En esta práctica se va a analizar el comportamiento de distintas cargas con características no lineales. A partir de estos circuitos se estudiarán los conceptos de potencias no reactiva, ficticia y de distorsión, asociados al factor de potencia para ondas no sinusoidales.y la evualuación del contenido de armónicas en la corriente. Se aprovecharán las funciones de almacenamiento de señal del Scopmeter Fluke, para luego ser recuperadas por el software propio del equipo y posteriormente procesadas.

2 Mediciones Eléctricas.- NTRODUCCÓN TEÓRCA En presencia de cargas no lineales alimentadas con tensiones no-sinusoidales las ecuaciones básicas de los valores instantáneos de v(t) e i(t) pueden escribirse como: v( t) U sen( n t ) n n n o n i( t) sen( n t ) n o n La forma más conocida de evaluar el grado de distorsión de tensión y corriente es a través del concepto de distorsión armónica. Este factor queda definido como la relación entre el valor eficaz de armónicos y el valor eficaz de la onda fundamental: () () THD 40 Ui i u % 00 U (3) THD 40 i i i % 00 (4) En el régimen con tensión sinusoidal pura y circuito no-lineal, la potencia activa suministrada resulta: fp factor potencia P P V cos (5) S V V ( ) cos n n o ( ) n0 n (6) De la expresión (5) el factor de distorsión queda definido como: FD (7) fp cos. FD (8)

3 Mediciones Eléctricas Analizando la expresión (4): THD i n n (9) Deducimos que el factor de distorsión es: FD THDi (0) Finalmente el factor de potencia verdadero expresado en función del THDi: fp fp. fp cos verdadero desplazamiento distorsión THD i () Volviendo a las definiciones de potencias: Potencia Activa: P U. cos () La () sólo tiene el término correspondiente a la componente fundamental, siempre y cuando la distorsión de tensión sea mínima, por lo que se pueden despreciar los otros productos de componentes de tensión y corriente La potencia reactiva es: Q U. sen (3) A su vez la potencia aparente queda definida como: S U (4) y y puede descomponerse en: S Q S P Q D (5) O E U Q F A x Siendo: N D z C D U h h S f a (6) -y Figura D es la llamada potencia de deformación o distorsión. 3

4 Mediciones Eléctricas f a: Factor de armónicos de la corriente, que se define como la relación entre el valor eficaz del contenido armónico y el valor eficaz de la onda, es decir: f a h h (7) La potencia no-reactiva N, es la que no tiene justamente componente reactiva: N P D (8) La potencia ficticia F carece de componente activa, es decir es el conjunto de las componentes no deseadas: F Q D (9) Una de las formas más aceptadas de representar las distintas potencias actuantes en un sistema con cargas no lineales, el es esquema dibujado en la Figura, donde aparecen las nuevas potencias F, N y D. 4

5 Mediciones Eléctricas 3 - MONTAJE A REALZAR. El montaje del ensayo es el indicado en la Figura, de donde obtendremos las lecturas necesarias para el desarrollo de la práctica. Pinza Transductora PNZA PROVA C HOK Fluke Figura La pinza amperométrica transductora marca Kyoritsu, convierte la señal de corriente en una señal de tensión que es enviada al osciloscopio Fluke para su captura y almacenamiento en una de las memorias disponibles para su posterior recuperación a través del cable óptico. La pinza PROVA, es conectada como amperómetrica y voltimétrica, de esta manera además de medir la distorsión armónica y los componentes armónicos de corriente y tensión, medirá la potencia activa, factor de potencia verdadero y el ángulo de fase. Procedimiento para el uso del instrumento PROVA Power Harmonics & Leakage Tester El instrumento es utilizado para medir valores eficaces de tensión (usando las puntas) o de corriente (usando la pinza amperométrica). También es útil para medir los componentes de distintos armónicos de tensión y corriente y el índice de distorsión armónica total (THD). El procedimiento a seguir para determinar las amplitudes de una señal es la siguiente: ) Primero es necesario seleccionar la unidad a medir usando la opción OFF/ ma/a/v/wma/wa. ) Se mide la señal de corriente o de tensión usando la pinza amperométrica o las puntas respectivamente. 3) Presionando la tecla FUNC se va seleccionando las distintas opciones de medición, como por ejemplo: medir el THD, potencia activa, potencia aparente,, factor de potencia verdadero, etc. 5

6 Mediciones Eléctricas 4) Con la tecla OPCÓN se despliegan las lecturas de cada uno de los componentes armónicos de corriente o tensión. Figura - nstrumental PROVA Power Harmonics & Leakage Tester. Procedimiento para el uso analizador de armónicos HOK 366 El analizador de armónicos es utilizado para determinar las amplitudes de los distintos armónicos de una señal, con su respectivo THDv y THDi. El instrumental tiene la posibilidad de conectarse siete pinzas sensoras (3 de corrientes y 4 de tensión), es decir, puede ser utilizado para una carga monofásica como para trifásica. El procedimiento a seguir para determinar los valores anteriormente mencionados es el siguiente: ) Una vez conectado las pinzas sensoras en el circuito, primero es necesario usar la tecla WRNG para seleccionar las líneas a testear. Presionando esta tecla, aparecerán distintas configuraciones que dependerán del circuito a utilizar para su correcto funcionamiento. Ejemplo: Simple fase-dos cables conectados = pw. Simple fase-tres cables conectados = p3w. Tres fases-tres cables, dos mediciones de corrientes = 3p3w. Tres fases-tres cables, tres mediciones de corrientes = 3p3w3i. Tres fases-cuatro cables, tres mediciones de corrientes = 3p4w. ) Con la tecla CHECK es posible verificar el modo correcto del testeo, es decir, si ha sido bien seleccionado el paso anterior. 3) Con la tecla U e se puede determinar el rango de medición para la tensión y la corriente que se desea medir. 6

7 Mediciones Eléctricas 4) Las teclas del CURSOR KEY son usadas para desplazarse en la pantalla de ítem en ítem. Presionando es posible moverse en la dirección correcta en la pantalla. 5) En el caso de medir simultaneamente señales de corrientes y tensión, aparecerá en la parte inferior de la pantalla la opción TEM (ésta podrá ser seleccionada usando las teclas de FUNCTON KEYS). La opción TEM permitirá cambiar el canal de medición para poder tomar lectura de las líneas testeadas. 6) La tecla SAVE permite grabar en un disquete las mediciones de tensión, corriente y potencias así como las señales de corrientes y tensión. WRNG CHECK U SAVE CURSOR KEY FUNCTON KEYS (F to F5) Figura 3- Analizador de Armónicos HOK

8 Mediciones Eléctricas 4. ENSAYO CON LÁMPARAS FLUORESCENTES COMPACTAS. Para este ensayo se evaluarán los armónicos con el equipo Analizador de Redes HOK 366 y la pinza PROVA obteniendo los valores indicados en la Tabla. L E C T U R A S Medición U [V] [A] P [W] S [VA] THDU% THD% F.P. METODO ON HOK 366 METODO OFF PROVA - Componentes Armónicos (obtenidos del Hioki) U [V] [º] U U3 U5 [A] [º] a) Representar la forma de onda de la señal capturada por el FLUKE. b) Dibujar el diagrama de barra de los espectros de los componentes armónicos de corriente con sus respectivos ángulos de defasajes. Dibujar en gráficos independientes como se muestran en la figura: 8

9 MC's PlotXY - Fourier chart(s). Copying date: 03/09/007 File dimmer.pl4 Variable c:xx000-xx0003 [peak] nitial Time: 0,08 Final Time: 0, [A] Mediciones Eléctricas harmonic order harmonic order c) Calcular el valor de la potencia D. d) Comprobar la expresión (). e) Dibujar el diagrama de potencias F P S. 9