Trabajo Práctico N 3: Medición de potencia monofásica

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1 < < < DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ÁREA MÁQUINAS ELÉCTRICAS MÁQUINAS Y ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS (3M4) Trabajo Práctico N 3: Medición de potencia monofásica Objetivos Medir la potencia activa de un sistema monofásico. Optimizar el factor de potencia del sistema. Introducción En esta práctica se analizará el comportamiento de la potencia activa, reactiva, aparente y el correspondiente factor de potencia de un receptor monofásico ante distintos valores de carga. Se construirá el triángulo de potencias, comprobándose cómo varían los parámetros anteriores al compensar la energía reactiva. Además, al tratarse de magnitudes de corriente alterna, se podrán visualizar en el osciloscopio las formas de onda de la tensión y la corriente para distintos estados de carga. Adicionalmente se aprovechará las funciones de un osciloscopio digital para la medición de corriente, potencia activa, y factor de potencia, como así también de una pinza amperométrica digital. Estos valores serán comparados con los registrados con los instrumentos analógicos para evaluar el grado de exactitud obtenido. Desarrollo de la práctica La práctica consta de tres ensayos basados en la siguiente disposición circuital: * * Figura 1: Disposición circuital a construir para la práctica 2017 Página 1 de 5

2 Ensayo N 1 Se simulará que la impedancia de carga es el consumo de una planta industrial. Se conectará primero una carga resistiva, representada por una caja de resistencias óhmicas puras. Esta situación trasladada a una fábrica correspondería a los intervalos de detención de las máquinas eléctricas. En este caso ha de comprobarse que el factor de potencia es cercano a la unidad. La medición del factor de potencia con el fasímetro ha de verificarse con el cosφ calculado a partir de las mediciones efectuadas con voltímetro, amperímetro y wattímetro. Todos los valores medidos por los instrumentos (según el esquema de conexiones) se volcarán en la siguiente tabla: U [V] I [A] f [Hz] C w α P m [W] cosφ m C W = (Alcance de I) ( Alcance de V) ( cosφ diseño) N total divisiones : Constante de escala del wattímetro α : N divisiones leídas en el wattímetro P m = α C W : potencia medida en el wattímetro Valores a calcular Diagrama fasoriales de tensión y corriente Triangulo de potencias (P-Q-S) 2017 Página 2 de 5

3 Ensayo N 2 Se simularán los efectos de la conexión a la red de motores eléctricos. Para ello se conectará en paralelo con la carga resistiva (representada en el Ensayo N 1 por la caja de resistencias) una carga reactiva inductiva implementada con una caja de reactancias, incorporándola al circuito en forma progresiva de modo de visualizar cómo varían las magnitudes de potencia y corriente. U [V] I [A] f [Hz] Cw α Pmed [W] cos φ med Valores calculados Diagrama fasoriales de tensión y corriente Triangulo de potencias (P-Q-S) 2017 Página 3 de 5

4 Ensayo N 3 Se comprobará además que si en el ensayo anterior se desconecta parte de la carga resistiva el factor de potencia es bajo, y que aumenta con el aumenta de la carga resistiva. Trabajando en condiciones nominales el factor de potencia de las cargas en general no debe ser inferior a un valor establecido de 0.8 ó 0.9 (dependiendo del tipo de usuario y de la empresa distribuidora de energía). Por lo tanto, en el trabajo a realizar se tratará de mejorar el mismo realizando una compensación reactiva implementada con un banco de capacitores en paralelo con la carga a efectos de compensar la potencia reactiva inductiva de la carga. Figura 2: a) Sistema original, correspondiente al ensayo N 2. b) Sistema con factor de potencia compensado, correspondiente al ensayo N 3. El problema del bajo factor de potencia se puede analizar con la siguiente expresión: I = P V cosφ = K cos φ Si la empresa distribuidora de energía debe atender usuarios con factor de potencia bajo, debe incrementar la corriente y por ende, la potencia aparente (debido a que la potencia activa se mantiene constante y sólo variará la potencia reactiva). Esto representa más generadores en funcionamiento (P 1, S 1 y Q 1 en la figura). Al imponer a la distribuidora eléctrica la mejora en el factor de potencia, la corriente y la potencia aparente disminuyen. De no ser así, la sección de las líneas de transmisión y distribución y las máquinas generadores de las usinas estarían sobredimensionadas para obtener el mismo aprovechamiento de potencia activa. U [V] I [A] f [Hz] Cw α Pmed [W] cos φ med 2017 Página 4 de 5

5 Valores calculados a) Diagrama fasorial de tensión y corriente b) Triangulo de potencias (P-Q-S) Cálculo de compensación mediante capacitores Con los valores de la potencia activa reactiva en los ensayos 2 y 3 además se deberá calcular el valor de los capacitores a conectar en paralelo para la compensación del factor de potencia (fp). Nota: Para la conexión del wattímetro se deberá tener siempre la precaución de que la corriente de la carga no supere el valor de la corriente nominal de su bobina amperométrica. En caso de tener incertidumbre sobre el valor de la corriente de carga deberá cortocircuitarse los bornes del wattímetro, verificando con un amperímetro en serie con dicha bobina que la corriente sea menor que la nominal. Si la indicación el wattímetro es en sentido contrario, se invierten las conexiones de la bobina voltimétrica o bien de la amperométrica. Informe a cargo del alumno Cada comisión debe presentar un informe que contenga la siguiente información general como mínimo, además de las tareas particulares del presente trabajo práctico: Especificaciones principales de los instrumentos utilizados: tipo, exactitud, etc. Esquemas de los circuitos reales utilizados de acuerdo al equipamiento disponible, especificando todos sus parámetros. Mediciones efectuadas con cada instrumento. Ecuaciones utilizadas y desarrollo de cálculos. Procedimiento efectuado en laboratorio, y cualquier circunstancia no prevista. Posibles fuentes de error en las mediciones y en los resultados finales. Conclusiones Página 5 de 5