LABORATORIO NO. 3 CONEXIÓN TRIÁNGULO DE CARGAS EQUILIBRADAS

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1 LABORATORIO NO. 3 CONEXIÓN TRIÁNGULO DE CARGAS EQUILIBRADAS 1.1. OBJETIVO DEL LABORATORIO OBJETIVO GENERAL. Conocer las características de operación de la Conexión Triángulo y la derivada Delta Abierto en un sistema trifásico Tres Hilos de cargas Resistivas, Inductivas, y Capacitivas OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Para alcanzar los objetivos generales debemos manejar adecuadamente los siguientes parámetros eléctricos involucrados en la práctica de laboratorio: Conexión triángulo generalizado. Conexión de transformador reductor 380/220 V. Nociones Básicas de Campo Magnético y Campo Eléctrico. Coeficiente de Autoinducción. Capacitancia de un condensador. Conexión Triángulo y Delta Abierto de cargas trifásicas equilibradas. Tensiones y Corrientes de Línea y de Fase en esta conexión. Diagramas senoidales trifásicos Diagramas fasoriales trifásicos carácterísticos. Principio de funcionamiento básico del motor trifásico de inducción. Medición de Potencia activa en redes monofásicas PUNTUALIZACIONES TEÓRICAS CONEXIÓN TRIÁNGULO. En forma general, la conexión triángulo, se la realiza uniendo principio de una fase con el final de otra, y a partir de éstos derivar a la línea. En cargas resistivas y capacitivas, donde no es necesario tomar en cuenta la polaridad, la conexión triángulo, se la obtiene uniendo principios y finales de fase en forma indiferente, y de esta unión crear una accesibilidad para terminales de línea. En cambio, para el caso de cargas inductivas, el tratamiento es distinto, porque aquí sí es importante tomar en cuenta la polaridad de las bobinas, por lo que la conexión triángulo se la debe realizar uniendo principios y finales, dejando tres uniones para la alimentación o para el suministro. El circuito representativo y ecuaciones características son las siguientes: -1-

2 Del circuito, podemos puntualizar los siguientes criterios: A, B, C - Terminales de línea ó terminales accesibles ó fases del circuito. AB, BC, CA - Terminales correspondientes a las impedancias o fases de la carga trifásica E AB, E BC, E CA - Fasores correspondientes a las fuerzas electromotrices de fase del generador trifásico, expresados en voltios y desfasados entre sí 120º. V AB, V BC, V CA - Fasores de Tensión de línea, tanto en la fuente como en la carga, denominada también tensión compuesta, en esta conexión resulta ser igual a la tensión de fase o en cada impedancia. I AB, I BC, I CA - Fasores de Corriente de fase correspondientes a la carga trifásica, expresada en amperios y desfasados entre sí 120º. I A, I B, I C - Fasores de Corriente de línea, denominada corriente compuesta, porque resulta de la composición de dos corrientes de fase, expresada en amperios y desfasados entre sí 120º. La relación de corrientes en esta conexión, como ocurre con la conexión estrella para las tensiones, es igual a: Fasorialmente las corrientes de línea y de fase se relacionan de la siguiente forma: -2-

3 Secuencia Positiva: A = I F -30º (Amperios) B = I F -30º (Amperios) C = I F -30º (Amperios) Secuencia Negativa: A = I F 30º (Amperios) B = I F 30º (Amperios) C = I F 30º (Amperios) En la figuras, es importante apuntar el desfase existente entre las corrientes de línea y las corrientes de fase, igual a 30º (característico en cargas trifásicas), la corriente de línea se adelanta a la corriente de fase ó la corriente de fase se adelanta a la corriente de línea, en función a la secuencia a considerar, en este caso, positiva y negativa, respectivamente. También se puede ver fasorialmente la diferencia en magnitud de la corriente de línea y la corriente de fase, igual a, resultado de la diferencia de dos corrientes de fase. ( En cargas trifásicas equilibradas, podemos generalizar los siguiente: La suma de fasores de Tensión y/o de Corriente es igual, a las mismas en magnitud y desfase de 60º de cualquiera de ellas; La diferencia de fasores de Tensión y/o de Corriente es igual, a veces la magnitud de las corrientes involucradas y desfase de +/- 30º de cualquiera de ellas y ello función de la secuencia de fases ) En caso de tomar en cuenta la secuencia negativa, como giro de referencia de cada uno de los fasores, entonces en este caso, tendremos un retraso de la corriente de línea respecto a la corriente de fase, en un ángulo de 30. La corriente en las tres líneas será resultado de la ley de corrientes de Kirchhoff, en los tres nodos: Nodo A: A = AB - CA = I AB 0º - I C A 120º -3-

4 I AB = I BC = I CA = I F Nodo B: A = AB - CA = I F ( 0º - 120º ) A = AB - CA = I F (1 + 1/2 - j 0.866) A = AB - CA = I F (3/2 - j ) = I F -30º A = I F -30º (Amperios) Nodo C: B = BC - AB = I BC -120º - I AB 0º I AB = I BC = I CA = I F B = BC - AB = I F ( -120º - 0º ) = I F ( - 1/2 - j ) B = BC - AB = I F (-3/2 j ) = I F 30º A partir del observador será: B = BC - AB = I F (-3/2 j ) = I F -(30º+120) B = I F -150º (Amperios) C = CA - BC = I CA 120º - I BC -120º I AB = I BC = I CA = I F C = CA - BC = I F ( 120º º ) = I F ( - 1/2 + j /2 + j ) C = CA - BC = I F ( j 2 x ) = I F 90º C = I F 90º (Amperios) 1.3. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR. CARGA CARGA RESISTIVA CARGA INDUCTIVA CARGA CAPACITIVA CARACTERÍSTICAS Lámparas Incandescentes: Potencia: 200 W Tensión: 220 V 6 Unidades ( 2/fase) Motor de Inducción: Potencia : 3 KW Tensión: 220/380 V Corriente: Frecuencia: 50 Hz Capacitor Monofásico: Capacidad: 24 μf Tensión: 380 V Potencia: VA Frecuencia: Hz -4-

5 EQUIPOS DE MEDICIÓN, MATERIAL Y ACCESORIOS Fuente de Alimentación 380 V, 4 Hilos (Tres fases + Neutro) Transformador trifásico, reductor de 380/220 V Multímetro Electrónico, parámetros requeridas, Voltaje, escala 600 V; Corriente, Shunt Amperimétrico 20 A ; Óhmetro, escala 200 Ω Pinza Amperimétrica, Escala A Vatímetro Monofásico: Escalas: Voltaje 450 V, Corriente 5-10 A Calculadora Científica Chicotillos con terminales tipo Tenaza, Banana, Mixto con y sin derivación Alicates: de Fuerza, de Punta, de Corte Destornilladores: Plano y Estrella Pelacable 1.4. MONTAJE DEL CIRCUITO. Carga Resistiva: Identifique el tablero de trabajo, dónde se encuentran las lámparas incandescentes. Copie fielmente los datos de placa del receptor. Identifique el transformador que ddebe usar en esta práctica, éste debe tener 6 terminales accesibles en el arrollamiento primario y secundario. Conecte un lado del arrollamiento en conexión estrella y el otro en conexión triángulo, con el cuidado respectivo de que debe tener Índice Horario de 5, vale decir, Yd5. Energice el transformador, lado conexión estrella, no olvide la fuente de alimentación es 380 V, y con la ayuda de su voltímetro, multímetro, verifique la tensión en el lado conectado en triángulo, este debe registrar 220 V. Ver figura 1. Figura 1 Con el multímetro, en la escala de continuidad 200 Ω, probar continuidad de las lámparas seleccionadas para la conexión, recuerde que son dos por fase. Proceda a conectar las cargas, para ello, verifique que cada lámpara tiene dos terminales accesibles, principio y final, conecte en paralelo dos de ellas y obtendrá cuatro terminales accesibles donde dos de ellas se encuentran al mismo potencial, consecuencia de la conexión en paralelo y listos para realizar el arreglo triángulo. Repita lo mismo con las otras dos fases restantes. Ver Circuito de Análisis. Realice la conexión triángulo uniendo con un chicotillo a la vez,en arreglo serie principio con final, todas las fases, formando un circuito cerrado, vale decir, fase R con S, fase S con T y fase T con R, correspondientes a distintas fases, un terminal de cada fase que se encuentran al mismo potencial, no interesa la polaridad de en este tipo de carga. -5-

6 Ahora tiene las tres fases de la carga formando un lazo cerrado, recuerde que para ello se usó tres chicotillos. Conecte a la fuente de alimentación trifásica, esta vez, formada por un transformador de conexión Yd5, 380/220 V, a cada fase de la malla formada con las cargas, es decir, conecta la fase R de la fuente a un chicotillo que usó para conectar en serie dos fases, proceda con la otra fase, S, a otro chicotillo, que también uso para conectar en serie dos fases de la carga y por último concluya la conexión a la alimentación trifásica uniendo la fase T, al tercer chicotillo que se usó para conectar en serie dos fases de la carga. Ver figura 2. Cierre el interruptor principal de la línea energizando su carga, deberán iluminar las lámparas con el flujo luminoso nominal, si existe diferencia de iluminación, fíjese las fases se encuentran desequilibradas, no debe existir buen conexión en la carga revise. Figura 2 Si todo resulta normal proceda a levantar las lecturas de los diferentes parámetros eléctricos indicados en la parte de Circuito de Análisis y Lectura de Datos. Realice su trabajo con el respectivo cuidado, la línea de alimentación es de 380 V, usted trabaja con 220 V, cualquier falla serás importante porque se encuentra cerca al transformador principal de suministro eléctrico al Laboratorio. Carga Inductiva: Identifique el motor trifásico con el que llevará adelante su experimento. Copie fielmente los datos de placa del receptor. Fíjese la conexión del transformador usado anteriormente, ahora lo volverá a utilizar. Coloque el motor en una posición, que le permita manipular con toda comodidad. Desconecte los puentes de conexión del motor a experimentar, hágalo con mucho cuidado, no pierda de vista los tornillos, tuercas y puentes de la bornera del motor. Con el multímetro, en la parte del óhmetro, escala de 200 Ω, pruebe la continuidad de los tres devanados existentes en el motor, dibuje el circuito en su hoja de prueba. -6-

7 Habrá identificado los terminales de los devanados del motor, cuya simbología será U1, V1 y W1 U2,V2 y W2 ó U, V y W x, y, z, el primero para los motores actuales y el segundo para motores antiguos. Para realizar la conexión triángulo, el motor ya viene con terminales definidos, como lo verificó anteriormente, ahora, sólo debe apelar a sus puentes, éstos son tres, y justamente para hacer la conexión triángulo, coloque los puentes en forma vertical, de esta forma el motor que conectado en triángulo. Si se fija sus apuntes, se están uniendo U1 con W2, V1 con U2 y W1 con V2. En los motores antiguos se unen U con z, V con x y W con y. Realizado la conexión triángulo conecte 3 chicotillos a los 3 puentes, uno por cada uno, ya sea en la parte superior o en la parte inferior, estos tres chicotillos irán a conectarse a la fuente de alimentación de 220 V. Energizar a la carga, motor de inducción, con la tensión de alimentación de 220 V y en 3 hilos, observar el sentido de giro y la velocidad adquirida por el motor. Proceda a levantar lecturas de parámetros eléctricos, característicos. Invierta el sentido de giro del motor con sólo intercambiar dos fases, pueden ser cualquiera de ellas. Verifique las lecturas obtenidas en el punto anterior, según Lectura de Datos. El desfase entre la tensión y corriente en la fase de la carga, denominado Factor de Potecia, se obtendrá no de la placa del motor, sino más bien, por medición. Identifique el Vatímetro a utilizar en esta medida, en lo que principalmente concierne a los terminales de línea y de carga, en sus respectivas bobinas de tensión ( 300 V) y de corriente ( 5 A ). Para ello pruebe el instrumento con una carga resistiva, en forma monofásica. Conecte dos vatímetros según indica la figura 1 y proceda de la siguiente forma: Con el vatímetro monofásico identificado, línea y carga, conectar en base a la figura 1, registre la primera lectura, vatímetro 1. Luego proceda a registrar la lectura del vatímetro 2, siempre en base a la figura 1. Una de las lecturas registrará en forma negativa, ante ello, invierta la bobina de corriente, es decir, lo que es línea a la carga y viceversa, esta lectura debe restar de la anterior lectura positiva, la potencia será la diferencia de lecturas de los dos vatímetros. Figura 1-7-

8 La diferencia de lecturas nos dará la potencia activa real consumida por el motor y en base a él y las lecturas de corriente y voltaje de línea se determinará, el factor de potencia con la siguiente fórmula: Donde: P - Potencia total resultante de la diferencia de lecturas V - Voltaje de línea medido con el voltímetro del multímetro I - Corriente de línea medido con el amperímetro del multímetro. Carga Capacitiva: Identifique el capacitor monofásico con el que llevará adelante su experimento. Copie fielmente los datos de placa del receptor. El capacitor sólo tiene dos terminales no polarizados. Use tres capacitores de iguales características técnicas, para formar el lazo cerrado, usando tres chicotillos y de éstos derive tres chicotillos para la alimentación de la carga. En las diferentes conexiones del capacitor, actúe tomando siempre el terminal activo para conectar, ello con el respectivo cuidado, así preservará el terminal activo del capacitor. Alimente a los tres restantes terminales accesible, una por fase, la alimentación trifásica de la Red, vale decir, 220 V en 3 Hilos. Para la realización de la medición de corriente en línea tenga cuidado con las corriente IRUSH, en cada conexión y desconexión. Para el descargado del capacitor sométalo a una resistencia ó una bobina y logrará descargar el capacitor sin causar daño al receptor CIRCUITOS DE ANÁLISIS. Carga Resistiva: -8-

9 Carga Inductiva: Carga Capacitiva: 1.6. LECTURA DE DATOS. CARGA Corriente Linea (A) Corriente Fase (A) Voltaje Línea (V) Potencia (W) Potencia (VA) Cos RESISTIVA -9-

10 INDUCTIVA CAPACITIVA 1.7. CUESTIONARIO. 1. Realice un diagrama Fasorial, a escala, de los parámetros lecturados de Tensión de Línea, Corriente de Línea y de Fase y Factor de Potencia, para cada una de las cargas analizadas. 2. Realice un diagrama Senoidal, a escala, de los parámetros lecturados de de Tensión de Línea, Corriente de Línea y de Fase y Factor de Potencia, para cada una de las cargas analizadas. 3. En la carga resistiva, se lecturó una corriente de línea y de fase, indicar el significado eléctrico en operación de una planta industrial, referido a la remuneración. 4. En la carga inductiva, se lecturó la corriente de vacío de un motor, compare y comente sobre la relación de corriente lecturada y la corriente nominal de placa del motor experimentado. Además comente con la conexión estrella. 5. En la carga inductiva, se lecturó la potencia de vacío de un motor, compare y comente sobre la relación de potencia lecturada y la potencia nominal de placa del motor experimentado. Además comente con la conexión estrella. 6. En la carga inductiva, se lecturó una corriente de línea o de fase, indicar el significado eléctrico en operación de una planta industrial, referido a la penalización. Además comente con la conexión estrella. 7. En la carga capacitiva, se lecturó una corriente de línea o de fase, indicar el significado eléctrico en operación de una planta industrial, referido a la bonificación. Además comente con la conexión estrella CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA. En Clases de Laboratorio se aclarará las dudas que tenga, no olvide leer al respecto. Fecha de Entrega : Una semana después de la realización del Laboratorio. -10-