PRÁCTICA Nro. 8 MEDICIÓN DE POTENCIA Y FACTOR DE POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS BALANCEADOS CON CARGAS RESISTIVAS

Transcripción

1 PRÁCTICA Nro. 8 MEDICIÓN DE POTENCIA Y FACTOR DE POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS BALANCEADOS CON CARGAS RESISTIVAS A. OBJETIVOS : 1. Determinar en forma teórica y experimental; las relaciones entre voltajes y corrientes en las líneas, voltajes y corrientes en las impedancias para cargas trifásicas resistivas balanceadas conectadas en delta y en estrella. 2. Determinar en forma teórica y experimentalmente; el defasaje entre los voltajes líneaneutro de las tres fases de una carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella. 3. Determinar en forma teórica y experimentalmente; el factor de potencia de una carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella. 4. Determinar en forma teórica y experimentalmente; la potencia activa consumida por una carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella y en delta usando uno, dos y tres Vatímetros. 5. Determinar en forma teórica y experimentalmente; la potencia reactiva suministrada a una carga trifásica resistiva balanceada conectada en estrella y en delta usando un Vatímetro monofásico. 6. Dibujar el diagrama fasorial de voltajes de una fuente trifásica balanceada, a partir de los ángulos obtenidos en los cálculos realizados. B. PRE-LABORATORIO: Estudiar e investigar lo siguiente: 1. Sistemas trifásicos balanceados, voltaje y corriente de línea, voltaje y corriente de fase, potencia trifásica activa, reactiva, compleja y aparente, factor de potencia. Corrección del factor de potencia. 2. Diseñar un circuito trifásico para medir con: Un Vatímetro, dos Vatímetros y tres Vatímetros monofásicos: a) La potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes de, 120 V, conectadas en estrella. b) La potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes de, 220 V ó 240 V, conectadas en delta. IMPORTANTE: Todos los cálculos de los diseños anteriores deben estar contenidos dentro de las Actividades de Laboratorio donde ello se indica, y las tablas con los Valores Teóricos deben de estar debidamente llenas, antes de comenzar los montajes y las actividades propias del Laboratorio. NOTA: Se debe tomar en cuenta los parámetros limitantes de la fuente, de los componentes y de los instrumentos y equipos de medición para el diseño de los diferentes circuitos. Página 1 de 8

2 C. ACTIVIDADES DE LABORATORIO: MONTAJE 1: Armar los circuitos trifásicos para medir con uno, dos y tres Vatímetros la potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes conectadas en Estrella. Solicitar la revisión del circuito. Conecte la fuente trifásica y mida las corrientes de línea y los voltajes de línea y de fase en la carga. CÁLCULO DE LAS POTENCIAS TRIFÁSICAS EN ESTRELLA (Teóricamente) Potencia Activa: Por ser un circuito balanceado: P 3Ø = 3.P 1Ø Pero: P 1Ø = V F.I F.cosφ y sustituyendo tenemos: P 3Ø = 3.V F.I F.cosφ En un circuitoconectado en estrella: I F = I L, y V L = 3.V F V F = V L 3, tenemos: P 3Ø = 3.V L.I L.cosφ P 3Ø = Potencia Activa Trifásica P 1Ø = Potencia Activa Monofásica V L y I L = Voltaje y Corriente de Línea V F y I F = Voltaje y Corriente de Fase cosφ = factor de potencia Potencia Reactiva: Por ser un circuito balanceado: Q 3Ø = 3.Q 1Ø Pero Q 1Ø = V F.I F.senφ, entonces sustituyendo tenemos: Q 3Ø = 3.V F.I F.senφ En una conexión en estrella: I F = I L, y V L = 3.V F V F = V L 3, entonces tenemos: Q 3Ø = 3.V L.I L.senφ Q 3Ø = Potencia Reactiva Trifásica Q 1Ø = Potencia Reactiva Monofásica senφ = sen(cos -1 φ) Potencia Compleja: Por ser el circuito balanceado: S 3Ø = 3.S 1Ø Pero: S 1Ø = V F.I F *, entonces sustituyendo tenemos: S 3Ø = 3.V F.I F * En un circuito conectado en estrella: I F = I L, y V L = 3.V F V F = V L 3, entoces tenemos: S 3Ø = 3.V L.I L * Página 2 de 8

3 S 3Ø = Potencia Compleja Trifásica S 1Ø = Potencia Compleja Monofásica I F * = Corriente de Fase Conjugada I L * = Corriente de Línea Conjugada Potencia Aparente Trifásica: Se calcula como el módulo de S 3Ø. MONTAJE 1A : Medición de Potencia Activa Trifásica en Estrella, con un Vatímetro. P 3Ø = 3. P 3Ø = Potencia Activa Trifásica = V AN..cosφ = Lectura del Vatímetro W1 V AN = Voltaje visto por W1 entre A y N = Corriente vista por W1 en A φ = es el ángulo entre el voltaje y la corriente vista por W1 A N W1 V AN C B MONTAJE 1B : Medición de Potencia Activa Trifásica en Estrella, con dos Vatímetros. P 3Ø = + L W2 A N W1 V AN C B W2 Página 3 de 8

4 MONTAJE 1C : Medición de Potencia Activa Trifásica en Estrella, con tres Vatímetros. P 3Ø = + L W2 + L W3 A N W1 V AN C B W2 W3 REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS Valores Teóricos Valores Experimentales I B I C V AN V BN V CN V AB V BC V CA Página 4 de 8

5 Valores Teóricos Valores Experimentales Lectura del Vatímetro (W) Potencia Activa Trifásica (W) Lectura del Vatímetro (W) Potencia Activa Trifásica (W) Con un Vatímetro Con dos Vatímetros L W2 Con tres Vatímetros L W2 L W3 MONTAJE 2: Armar los circuitos trifásicos para medir con uno, dos y tres Vatímetros la potencia activa consumida por 3 Lámparas incandescentes conectadas en Delta. Solicitar la revisión del circuito. Conecte la fuente trifásica y mida los voltajes de línea y las corrientes de línea y de fase en la carga. Potencia Activa: CÁLCULO DE LAS POTENCIAS TRIFÁSICAS EN DELTA Por ser un circuito balanceado: P 3Ø = 3.P 1Ø (Teóricamente) Pero: P 1Ø = V F.I F.cosφ, sustituyendo tenemos: P 3Ø = 3.V F.I F.cosφ Para la conexión en delta: V F = V L, y I L = 3.I F I F = I L 3, entonces tenemos: Potencia Reactiva: P 3Ø = 3.V L.I L.cosφ P 3Ø = Potencia Activa Trifásica P 1Ø = Potencia Activa Monofásica V L y I L = Voltaje y Corriente de Línea V F y I F = Voltaje y Corriente de Fase cosφ = factor de potencia Por ser un circuito balanceado: Q 3Ø = 3.Q 1Ø Pero: Q 1Ø = V F.I F.senφ, sustituyendo tenemos: Q 3Ø = 3.V F.I F.senφ Página 5 de 8

6 Para la conexión en delta: V F = V L, y I L = 3.I F I F = I L 3, tenemos: Potencia Compleja: Q 3Ø = 3.V L.I L.senφ Q 3Ø = Potencia Reactiva Trifásica Q 1Ø = Potencia Reactiva Monofásica senφ = sen(cos -1 φ) Por ser el circuito balanceado: S 3Ø = 3.S 1Ø Pero: S 1Ø = V F.I F *, sustituyendo tenemos: S 3Ø = 3.V F.I F * Para la conexión en delta: V F = V L, y I L = 3.I F I F = I L 3, tenemos: S 3Ø = 3.V L.I L * Guía de Laboratorio de Electrotecnia S 3Ø = Potencia Compleja Trifásica S 1Ø = Potencia Compleja Monofásica I F * = Corriente de Fase Conjugada I L * = Corriente de Línea Conjugada Potencia Aparente Trifásica: se calcula como el módulo de S 3Ø. MONTAJE 2A : Medición de Potencia Activa Trifásica en Delta, con un Vatímetro. P 3Ø = 3. P 3Ø = Potencia Activa Trifásica = V AN..cosφ = Lectura del Vatímetro W1 V AB = Voltaje visto por W1 entre A y B B = Corriente vista por W1 entre A y B en la carga φ = es el ángulo entre el voltaje y la corriente vista por W1 Página 6 de 8

7 MONTAJE 2B : Medición de Potencia Activa Trifásica en Delta, con dos Vatímetros. P 3Ø = + L W2 A W1 N V AB B C B W2 REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS Valores Teóricos Valores Experimentales I B I C B I BC I CA V AB V BC V CA Página 7 de 8

8 Valores Teóricos Valores Experimentales Lectura del Vatímetro (W) Potencia Activa Trifásica (W) Lectura del Vatímetro (W) Potencia Activa Trifásica (W) Con un Vatímetro Con dos Vatímetros L W2 D. POST-LABORATORIO: CÁLCULOS: 1. Calcular el factor de potencia en los MONTAJES 1B y 2B, a partir de las lecturas del Método de los dos Vatímetros. 2. Verificar los valores de potencia activa y factor de potencia determinados experimentalmente con los valores reales. 3. Calcular la potencia como producto de la corriente por el voltaje, y compararla con los valores teóricos y experimentales. CUESTIONARIO: 1. Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales de potencia trifásica en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa 2. Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales del factor de potencia en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa 3. Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales del defasaje entre los voltajes de línea y de fase en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa 4. Cómo se determina la potencia reactiva de los circuitos diseñados? 5. Cómo se determina la potencia compleja de los circuitos diseñados? 6. Cuál es la relación experimental entre la corriente de línea y la corriente en la impedancia (corriente de fase) de la carga conectada en delta? Razonar el resultado. 7. Cuál es la relación experimental entre el voltaje de línea y el voltaje de fase en la impedancia de la carga conectada en estrella? Razonar el resultado. Página 8 de 8