PRÁCTICA 1 RED ELÉCTRICA

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1 PRÁCTICA 1 RED ELÉCTRICA PARTE 2.- SISTEMAS TRIFÁSICOS. PARÁMETROS BÁSICOS OBJETIVOS - Distinguir con claridad en un sistema trifásico sus parámetros fundamentales: tensiones de línea y de fase, corrientes de línea y de fase, así como las relaciones entre ellas (módulos, fases) - Construir el diagrama fasorial de un sistema trifásico - Distinguir con claridad los diferentes modos de acoplamiento tanto de los generadores como de las cargas en un sistema trifásico. - Distinguir entre un sistema trifásico equilibrado y uno no equilibrado - Conocer la importancia del hilo neutro en sistemas a 4 hilos - Realizar medidas de tensiones y corrientes de línea y de fase en sistemas trifásicos. - Obtener el sentido de rotación de las fases en un sistema trifásico - Diferenciar entre los tres tipos de potencia que se ponen en juego en un receptor trifásico de corriente alterna - Conocer y saber aplicar correctamente el método de los dos vatímetros (Conexión Arón) para medir potencia activa en sistemas trifásicos utilizando dos vatímetros monofásicos - Adquirir destreza en el uso del vatímetro trifásico - Adquirir destreza en el uso de instrumentos analizadores de red. - Realizar diferentes medidas de potencia en un sistema trifásico - Entender la necesidad de realizar la corrección del factor del factor de potencia de cargas trifásicas inductivas y realizar dicha corrección en un ejemplo típico de las mismas: un motor asíncrono trifásico. - Conectar en la configuración adecuada los condensadores utilizados para realizar la corrección del factor de potencia en sistemas trifásicos INTRODUCCIÓN En esta parte 2 de la primera práctica se realizará el estudio básico de los parámetros de los sistemas trifásicos. Para ello se va a seguir el siguiente esquema: 1.- Medida de los parámetros de la red: mediante la utilización de un osciloscopio diferencial. Se obtendrán los parámetros de un sistema trifásico de generadores equilibrados conectados en estrella. Se obtendrá además el diagrama fasorial de tensiones y corrientes que se establecen al conectar estos generadores a un sistema de cargas resistivas puras equilibradas conectadas en estrella y en triángulo. 2.- Medida de tensiones y corrientes de línea y de fase de sistemas resistivos puros conectados tanto en triángulo como en estrella a 3H. Medida de potencias puestas en juego. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 1

2 3.- Medida de tensiones y corrientes de línea y de fase de sistemas resistivos puros conectados tanto en estrella a 4H. Medida de potencias puestas en juego. 4.- Sistemas desequilibrados. Importancia del hilo neutro. 5.- Medida de potencia activa en cargas inductivas: motor asíncrono trifásico. Corrección del factor de potencia. 6.- Determinación de la secuencia de fases en un sistema trifásico. PRECAUCIONES A TENER EN CUENTA Como anteriormente se ha indicado, las tensiones de línea que se utilizan para alimentar las cargas trifásicas implicadas son, en casi todos los casos de 220V eficaces (310V máximos), como puedes suponer, cualquier error en las conexiones de los montajes, o cualquier descuido puede acarrear graves consecuencias, no sólo para los equipos que se estén utilizando, sino, y lo más importante, para la salud del propio alumno, es por esto que os recomendamos encarecidamente que sigáis a rajatabla las siguientes instrucciones: - No realices ninguna manipulación sobre el montaje objeto de estudio con alimentación en la mesa (luz roja de la mesa encendida) - Alimenta todos los montajes a través del variac que se encuentra en el puesto de trabajo. Siempre debes de comenzar a aplicar tensión desde tensión cero en adelante y hasta la tensión de alimentación especificada, de forma gradual, lo cual te permitirá poder detectar problemas, si los hubiera, sin causar daño ni a los equipos ni a ti mismo, ni a los demás alumnos. - Los instrumentos de medida no debes de manipularlos mientras que el montaje esté alimentado, sino que éstos deben de conectarse en los bornes que a tal efecto se han dispuesto. De esta forma se evita que los cables de conexión queden sueltos sobre la mesa de trabajo, sin control, de forma que no puedan provocar ningún accidente (un cortocircuito entre fases, o una descarga accidental al alumno) o bien que por un descuido al realizar una medida se puedan producir los accidentes antes mencionados. - Para conocer el conexionado de la plataforma auxiliar de bornes, dispones de la documentación necesaria en la figura explicativa que puedes encontrar en el puesto de trabajo. - Ten presente que los limitadores de corriente de las mesas de trabajo son de 20 A, y que están dotadas todas ellas del correspondiente interruptor diferencial (en el cuadro de alimentación) PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 2

3 1.- MEDIDA DE LOS PARÁMETROS DE LA RED Para poder realizar esta práctica, y debido a la disponibilidad de un único osciloscopio diferencial, los diferentes grupos de alumnos deberán de ir pasando por el puesto habilitado para tal fin en el laboratorio. En el mencionado puesto se dispone de un conector que contiene: - Las tres fases del sistema trifásico: tensión de línea 220V. Hilos marrón (2) y negro. - El hilo neutro: hilo azul claro - El hilo de tierra: hilo amarillo y verde 1.- Utilizando el osciloscopio diferencial en la posición DIF (ES MUY IMPORTANTE QUE NO TE EQUIVOQUES EN ESTO, PUESTO QUE DE LO CONTRARIO PROVOCARÁS UN CORTOCIRCUITO ENTRE LAS FASES Y DESTRUIRÁS EL OSCILOSCOPIO), visualizar las siguientes magnitudes en papel milimetrado: - Tensiones de fase: V A0, V BO, y V C0 - Tensiones de línea: V AB, V BC, y V CA Has de tener en cuenta que la denominación de cada una de las fases es convencional, por tanto, has de establecer la que tú decidas. Se recomienda que fijes una como origen de referencia, por ejemplo V BC y que a partir de ella obtengas las demás relaciones. Anota sus valores eficaces en la siguiente tabla: TENSIONES DE FASE: V A0 V BO V C0 MÓDULO FASE TENSIONES DE LÍNEA: V AB V BC V CA MÓDULO FASE TENSIÓN NEUTRO-TIERRA: PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 3

4 2.- En el supuesto de que se conectasen a este sistema de generadores en estrella a 4 hilos unas cargas resistivas puras de 60W, calcula las corrientes y tensiones, tanto de línea como de fase en el circuito, obteniendo tanto el módulo como la fase de cada una de estas magnitudes. Calcula también la tensión de desequilibrio del neutro en módulo y fase. Supóngase que la impedancia de los hilos de conexión entre los generadores y las cargas es despreciable, así como la impedancia del hilo neutro. Dibuja el diagrama fasorial correspondiente. Tómese como tensión de referencia V BC y sucesión de fases ABC. Para que puedas realizar este ejercicio sin dificultad, debes de estudiar el ejemplo de cálculo que se adjunta con la documentación correspondiente a la teoría de este tema que se te facilita en el puesto de laboratorio. Recuerda que para calcular la resistencia que presenta una lámpara de incandescencia lo puedes calcular fácilmente utilizando la expresión: R Lámpara V = P 2 NOMINAL NOMINAL PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 4

5 PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 5

6 2.- CARGAS RESISTIVAS EN TRIÁNGULO En esta práctica se trata de que el alumno mida los parámetros (tensiones y corrientes de fase y de línea así como la potencia activa absorbida) de un sistema trifásico a tres hilos en el que las cargas son resistivas puras (3 lámparas de incandescencia de 60W/220V cada una) que están conectadas en configuración triángulo a los generadores. La alimentación al montaje se realizará a través del variac. Para poder realizar este montaje, al alumno dispondrá de un tablero en el que se han dispuesto tres lámparas conectadas a una regleta de conexiones. El alumno deberá de realizar las conexiones necesarias para conectarlas en triángulo. Para evitar en lo posible que los hilos de conexión entre las cargas, el variac y los instrumentos de medida, puedan causar problemas no deseados, se deberá de utilizar la plataforma auxiliar de bornes de que dispone cada puesto de trabajo. INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS 1 variac trifásico 1 amperímetro de CA 1 voltímetro de CA 2 vatímetros monofásicos 1 analizador de energía trifásico o bien, un vatímetro trifásico 1 tablero con tres lámparas de incandescencia de 60W/220V cada una PROCESO 1.- Móntese el circuito de la figura, respetando inicialmente la disposición de los bornes de los vatímetros (puntos de referencia del fabricante). En dicha figura las resistencias R L, representan las lámparas de incandescencia de 60W/220V A A W 1 B C V W 2 R L R L R L Si tu puesto de trabajo dispone de un analizador de energía trifásico, el montaje a realizar será el siguiente: PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 6

7 2.- Para una tensión de línea de 220V, calcula, en módulo y fase, las corrientes por las cargas y por los hilos de transporte, así como la tensión en las cargas y la potencia activa absorbida total. Tómese como tensión de referencia, la tensión V BC y sucesión de fases ABC. Para que puedas realizar este ejercicio sin dificultad, debes de estudiar el ejemplo de cálculo que se adjunta con la documentación correspondiente a la teoría de este tema que se te facilita en el puesto de laboratorio. Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 7

9 3.- Asegúrate de que el variac se encuentra a tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de trabajo y ve subiéndola gradualmente, actuando sobre el variac hasta obtener una tensión de salida de 220V entre fases. En el caso del montaje con dos vatímetros monofásicos, si la indicación de uno de los vatímetros fuera negativa, deberás de invertir las conexiones de los bornes de la bobina amperimétrica y se restará esta lectura de la proporcionada por el otro vatímetro. Debe de recordarse que la potencia resultante, P, es la suma algebraica P= W 1 + W 2 Este problema no se da si la medida se realiza con un vatímetro trifásico o con un analizador de energía trifásico. En estas condiciones rellena la siguiente tabla (recuerda que el sistema es equilibrado): W 1 W 2 P= W 1 +W 2 Cosϕ= P/( 3 V I) NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. 4.- Repite los apartados 2 y 3 para un sistema desequilibrado, cambiando una de las lámparas de 60W/220V por otra de 25W/220V, por ejemplo la lámpara que está conectada entre las fases B y C. Comprueba los desequilibrios existentes en las corrientes de línea y de fase. Cálculos: Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 9

11 Medidas POTENCIA TOTAL: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. FASE A = I BC P FASE I F V F cosϕ FASE FASE B = I CA P FASE I F V F cosϕ FASE FASE C = I AB P FASE I F V F cosϕ FASE 5- Compara los resultados obtenidos en el caso equilibrado y en el desequilibrado. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 11

12 6.- Realiza los mismos cálculos y las mismas medidas que el apartado 5, desequilibrando el sistema provocando un fallo en una de las tres lámparas de 60W/220V (basta con aflojar una de ellas). Supongamos que sea la lámpara que está conectada entre las fases B y C. Comenta los resultados obtenidos. Cálculos: Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 12

13 Medidas: POTENCIA TOTAL: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. FASE A = I BC P FASE I F V F cosϕ FASE FASE B = I CA P FASE I F V F cosϕ FASE FASE C = I AB P FASE I F V F cosϕ FASE Comentarios a los resultados obtenidos: PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 13

14 3.- CARGAS RESITIVAS EN ESTRELA A 3 HILOS En esta práctica se trata de que el alumno mida los parámetros (tensiones y corrientes de fase y de línea así como la potencia activa absorbida) de un sistema trifásico a tres hilos en el que las cargas son resistivas puras (3 lámparas de incandescencia de 60W/220V cada una) que están conectadas en estrella a 3H a los generadores. La alimentación a las cargas se realizará a través del variac. Para poder realizar este montaje, al alumno dispondrá de un tablero en el que se han dispuesto tres lámparas conectadas a una regleta de conexiones. El alumno deberá de realizar las conexiones necesarias para conectarlas en estrella a 3H. Para evitar en lo posible que los hilos de conexión entre las cargas, el variac y los instrumentos de medida, puedan causar problemas no deseados, se deberá de utilizar la plataforma auxiliar de bornes de que dispone cada puesto de trabajo. INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS 1 variac trifásico 1 amperímetro de CA 1 voltímetro de CA 2 vatímetros monofásicos 1 analizador de energía trifásico o un vatímetro trifásico 1 tablero con tres lámparas de incandescencia de 60W/220V cada una PROCESO 1.- Móntese el circuito de la figura, respetando inicialmente la disposición de los bornes de los vatímetros (puntos de referencia del fabricante). En dicha figura las resistencias R L, representan las lámparas de incandescencia de 60W/220V A A W 1 R L B C V W 2 R L R L Si tu puesto de trabajo dispone de un analizador de energía trifásico, el montaje a realizar será el siguiente: PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 14

15 2.- Para una tensión de línea de 250V, calcula, en módulo y fase, las corrientes por las cargas y por los hilos de transporte, así como la tensión en las cargas y la potencia activa absorbida total. Calcula la tensión de desequilibrio del neutro V NO.Tómese como tensión de referencia, la tensión V BC y sucesión de fases ABC. Al igual que en los casos anteriores, para que puedas realizar este ejercicio sin dificultad, debes de estudiar el ejemplo de cálculo que se adjunta con la documentación correspondiente a la teoría de este tema que se te facilita en el puesto de laboratorio. Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 15

17 3.- Asegúrate de que el variac se encuentra a tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de trabajo y ve subiéndola gradualmente, actuando sobre el variac hasta obtener una tensión de salida de 250V entre fases. En el caso del montaje con dos vatímetros monofásicos, si la indicación de uno de los vatímetros fuera negativa, deberás de invertir las conexiones de los bornes de la bobina amperimétrica y se restará esta lectura de la proporcionada por el otro vatímetro. Debe de recordarse que la potencia resultante, P, es la suma algebraica P= W 1 + W 2 Este problema no se da si la medida se realiza con un vatímetro trifásico o con un analizador de energía trifásico. En estas condiciones rellena la siguiente tabla (recuerda que el sistema es equilibrado): W 1 W 2 P= W 1 +W 2 V NO Cosϕ= P/( 3 V I) NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. 4.- Repite los apartados 2 y 3 para un sistema desequilibrado, cambiando una de las lámparas de 60W/220V por otra de 25W/220V, por ejemplo la de la fase A. Rellena las siguientes tablas: Cálculos: Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 17

20 Medidas POTENCIA TOTAL: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. FASE A P FASE I F V F cosϕ FASE FASE B P FASE I F V F cosϕ FASE FASE C P FASE I F V F cosϕ FASE V NO = 5- Compara los resultados obtenidos en el caso equilibrado y en el desequilibrado, haciendo especial hincapié en lo referente a los desequilibrios en las tensiones de fase de las cargas y cómo se puede solucionar este problema. (Se recomienda consultar los ejemplos de cálculo que se adjuntan en la documentación que tienes disponible en el puesto del laboratorio). PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 20

22 6.- Realiza los mismos cálculos y las mismas medidas que el apartado 4, desequilibrando el sistema provocando un fallo en una de las tres lámparas de 60W/220V (basta con aflojar una de ellas). Supongamos que sea la de la fase A. Cálculos: Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 22

23 Medidas: POTENCIA TOTAL: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. FASE A P FASE I F V F cosϕ FASE FASE B P FASE I F V F cosϕ FASE FASE C P FASE I F V F cosϕ FASE V NO = Comenta los resultados obtenidos haciendo especial hincapié en lo referente a los desequilibrios en las tensiones de fase de las cargas y cómo se puede solucionar este problema. (Se recomienda consultar los ejemplos de cálculo que se adjuntan en la documentación que tienes disponible en el puesto del laboratorio). PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 23

24 4.- CARGAS TRIFÁSICAS EN ESTRELA A 4 HILOS En esta práctica se trata de que el alumno mida los parámetros (tensiones y corrientes de fase y de línea así como la potencia activa absorbida) de un sistema trifásico a tres hilos en el que las cargas son resistivas puras (3 lámparas de incandescencia de 60W/220V cada una) que están conectadas en estrella a 4H con los generadores. La alimentación a las cargas se realizará a través del variac. Para poder realizar este montaje, al alumno dispondrá de un tablero en el que se han dispuesto tres lámparas conectadas a una regleta de conexiones. El alumno deberá de realizar las conexiones necesarias para conectarlas en estrella a 4H. Para evitar en lo posible que los hilos de conexión entre las cargas, el variac y los instrumentos de medida, puedan causar problemas no deseados, se deberá de utilizar la plataforma auxiliar de bornes de que dispone cada puesto de trabajo. INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS 1 variac trifásico 1 amperímetro de CA 1 voltímetro de CA 2 vatímetros monofásicos 1 analizador de red o un vatímetro trifásico 1 tablero con tres lámparas de incandescencia de 60W/220V cada una PROCESO 1.- Dibújese el circuito correspondiente y móntese posteriormente dicho circuito, respetando inicialmente la disposición de los bornes de los vatímetros (puntos de referencia del fabricante). PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 24

25 2.- Para una tensión de línea de 250V, calcula, en módulo y fase, las corrientes por las cargas y por los hilos de transporte, así como la tensión en las cargas y la potencia activa absorbida total. Calcula además la tensión de desequilibrio del neutro V NO y la corriente que circula por el hilo neutro I N. Tómese como tensión de referencia, la tensión V BC y sucesión de fases ABC. Al igual que en los casos anteriores, para que puedas realizar este ejercicio sin dificultad, debes de estudiar el ejemplo de cálculo que se adjunta con la documentación correspondiente a la teoría de este tema que se te facilita en el puesto de laboratorio. Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 25

26 3.- Asegúrate de que el variac se encuentra a tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de trabajo y ve subiéndola gradualmente, actuando sobre el variac hasta obtener una tensión de salida de 250V entre fases. En el caso del montaje con dos vatímetros monofásicos, si la indicación de uno de los vatímetros fuera negativa, deberás de invertir las conexiones de los bornes de la bobina amperimétrica y se restará esta lectura de la proporcionada por el otro vatímetro. Debe de recordarse que la potencia resultante, P, es la suma algebraica P= W 1 + W 2 Este problema no se da si la medida se realiza con un vatímetro trifásico o con un analizador de energía trifásico. En estas condiciones rellena la siguiente tabla (recuerda que el sistema es equilibrado): W 1 W 2 P= W 1 +W 2 Cosϕ= P/( 3 V I) 4.- Repite los apartados 2 y 3 para un sistema desequilibrado, cambiando una de las lámparas de 60W/220V por otra de 25W/220V, por ejemplo la de la fase R. Rellena las siguientes tablas: Cálculos: Antes de continuar con la realización del ejercicio es preciso que le muestres al profesor los resultados obtenidos teóricamente para que éste le de el visto bueno. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 26

27 Medidas: POTENCIA TOTAL: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. FASE A P FASE I F V F cosϕ FASE FASE B P FASE I F V F cosϕ FASE FASE C P FASE I F V F cosϕ FASE V NO = PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 27

28 5- Compara los resultados obtenidos en el caso equilibrado y en el desequilibrado, haciendo especial hincapié en lo referente a la importancia del hilo neutro. Compara también estos resultados con el caso de conexión en estrella a 3H. (Se recomienda consultar los ejemplos de cálculo que se adjuntan en la documentación que tienes disponible en el puesto del laboratorio). PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 28

29 6.- Realiza las mismas medidas que el apartado 4, desequilibrando el sistema provocando un fallo en una de las tres lámparas de 60W/220V (basta con aflojar una de ellas). Supongamos que sea la de la fase A. POTENCIA TOTAL: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 NOTA: si utilizas el vatímetro trifásico o el analizador de energía trifásico, no dispones de las medidas W 1 ni W 2, debes de dejarlas en blanco y sólo rellenar la casilla de la potencia total P. FASE B P FASE I F V F cosϕ FASE FASE C P FASE I F V F cosϕ FASE V NO = Comenta los resultados obtenidos haciendo especial hincapié en lo referente a la importancia del hilo neutro. (Se recomienda consultar los ejemplos de cálculo que se adjuntan en la documentación que tienes disponible en el puesto del laboratorio). PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 29

30 5.- IMPORTANCIA DEL HILO NEUTRO EN SISTEMAS A 4H Para comprobar la importancia del hilo del hilo (recuerda que absorbe los desequilibrios en las cargas, siempre y cuando la impedancia del mismo sea despreciable), basta con realizar el siguiente experimento: 1.- Conecta, utilizando la plataforma auxiliar de bornes, tres lámparas de 60W/220V en estrella a 4H. (El sistema que resulta es equilibrado puesto que todas las cargas son iguales). Aliméntalo con una tensión de línea de 130V (es importante que no se sobrepase este valor de tensión) 2.- En estas condiciones, mide la corriente de línea y la corriente por el neutro, así como las tensiones en cada una de las cargas. Rellena esta tabla: FASE A FASE B FASE C HILO NEUTRO V NO I N PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 30

31 3.- Si el sistema es a 4H desequilibrado, (dos lámparas de 60W/220V y una de 25W/220V, la de la fase A), y con tensión de línea de 130V, vuelve a realizar las medias del apartado anterior. Rellena estas tablas: FASE A FASE B FASE C HILO NEUTRO V NO I N PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 31

32 4.- En las condiciones del apartado anterior, levanta el hilo neutro, de forma que Z N =. Rellena las tablas siguientes. Comenta los resultados. FASE A FASE B FASE C HILO NEUTRO V NO I N Comentarios: PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 32

33 5.- Para comprobar la influencia de la resistencia del hilo neutro en las tensiones de fase de las cargas, realiza el siguiente experimento: Con una alimentación de 130V de tensión de línea, conecta una resistencia en serie con el hilo neutro, de forma que Z N = 740Ω. Rellena las tablas siguientes. Comenta los resultados. FASE A FASE B FASE C HILO NEUTRO V NO I N Comentarios: PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 33

34 6.- MEDIDA DE POTENCIA ACTIVA REACTIVA Y APARENTE EN UN SISTEMA TRIFÁSICO EQUILIBRADO. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA. En esta práctica se trata de que el alumno mida la potencia activa absorbida por un motor asíncrono trifásico y calcule, tanto la potencia reactiva absorbida como el factor de potencia. Finalmente se compensará dicho factor de potencia. La alimentación del montaje se realizará a través del variac. Para poder realizar este montaje, el alumno dispondrá de un tablero en el que se han dispuesto tres lámparas conectadas a una regleta de conexiones. El alumno deberá de realizar las conexiones necesarias para conectarlas con los generadores conexión triángulo. Para evitar en lo posible que los hilos de conexión entre las cargas, el variac y los instrumentos de medida, puedan causar problemas no deseados, se deberá de utilizar la plataforma auxiliar de bornas de que dispone cada puesto de trabajo. INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS 1 variac trifásico 1 amperímetro de CA 1 voltímetro de CA 2 vatímetros monofásicos o uno trifásico 1 motor asíncrono trifásico conectado en triángulo, 380/220V, 1C.V. 1 plataforma auxiliar de bornes de conexión. PROCESO 1.- Móntese el circuito de la figura, respetando inicialmente la disposición de los bornes de los vatímetros (puntos de referencia del fabricante). PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 34

35 Si tu puesto de trabajo dispone de un analizador de energía trifásico, el montaje a realizar será el siguiente: VATÍMETRO TRIFÁSICO O ANALIZADOR DE ENERGÍA (V, I, W, f, fdp, ) 2.- Asegúrate de que la tensión de salida del variac es cero. Conecta la alimentación de la mesa de trabajo y ve subiéndola gradualmente, actuando sobre el variac hasta obtener una tensión de salida de 220V entre fases. Si la indicación de uno de los vatímetros fuera negativa (la aguja de medida se desplaza hacia la izquierda), deberás de invertir las conexiones de los bornes de la bobina amperimétrica y el valor de la medida realizada con dicho vatímetro se restará de la medida proporcionada por el otro vatímetro. Debe de recordarse que la potencia resultante, P, es la suma algebraica P= W 1 + W 2 (La medida de potencia también se realizará con el vatímetro trifásico disponible en el laboratorio) Deja girar libremente el eje de motor. En estas condiciones rellena la siguiente tabla (recuerda que el sistema es equilibrado): W 1 W 2 P= W 1 +W 2 Cosϕ= P/( 3 V I) Q= 3 V I senϕ S = 3 V I Q= 3 (W 1 - W 2 ) (VAr) (VA) PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 35

36 3.- Conecta en paralelo y en estrella tres condensadores de 28μF/250V AC. Repite las medias del apartado anterior para las mismas condiciones de alimentación. Comenta los resultados y rellena las siguientes tablas: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 Cosϕ= P/( 3 V I) Q= 3 V I senϕ S = 3 V I Q= 3 (W 1 - W 2 ) (VAr) (VA) 4.- Repite el apartado 3 con los condensadores conectados en triángulo. Compara los resultados obtenidos. Rellena las siguientes tablas: W 1 W 2 P= W 1 +W 2 Cosϕ= P/( 3 V I) Q= 3 V I senϕ S = 3 V I Q= 3 (W 1 - W 2 ) (VAr) (VA) Comenta las posibles anomalías que se producen en la corrección de potencia cuando los condensadores se conectan en triángulo. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 36

37 7.- DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE FASES EN UN SISTEMA TRIFÁSICO INTRODUCCIÓN Esta práctica está inspirada en el libro Prácticas de Circuitos Eléctricos de Félix Redondo Quintela y Juan Manuel García Arévalo de la Universidad de Béjar. Otra buena referencia es el libro de Jesús Fraile Mora sobre Electromagnetismo y Circuitos Eléctricos, Colección Escuelas Servicio de Publicaciones de la ETSI Caminos, Canales y Puertos. Para ciertas aplicaciones es necesario conocer la secuencia de fases de las líneas de alimentación trifásica, como por ejemplo en el caso del accionamiento de motores asíncronos trifásicos, cuyo sentido de rotación depende del sentido de giro de esta secuencia de fases. En esta práctica, se trata por tanto de averiguar el orden de sucesión de las tensiones de línea sabiendo que están desfasadas entre sí 120º. Consideremos el circuito de la figura: R 1 y R 2 son dos resistencias iguales de valor óhmico R. X c es la reactancia de un condensador de resistencia de fugas infinita. Supongamos conocida la secuencia de fases de la fuente trifásica, tal y como se indica a continuación. VR = V 0º VS = V 120º V = V 240º T PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 37

38 Calculemos los módulos de las tensiones V AO y V BO a las que están alimentadas las resistencias. Si R jxc R I1 VRS R 2R = I V 2 TS Si R jx C R Δ Z = R 2R, resulta que: 3RV R RV jx V = = ΔZ ΔZ TR C TS 1, I2 I RV R 3R 3R VAO = R( I1+ I2) = ( 3 XC ) j ΔZ 2 2 RV R 3R 3R VBO = RI2 = ( + 3 XC ) + j ΔZ 2 2 V AO RV 2 3 R 3 3X R = C + ΔZ V BO RV 2 3 R 3 3X R = + C + ΔZ Estos valores se diferencian sólo en el radicando, y en concreto en el valor del paréntesis, con lo que resulta que V AO > V BO Si R 1 y R 2 son las resistencias de dos lámparas de incandescencia iguales, la lámpara 2 alumbrará menos que la 1. La diferencia será tanto mayor cuanto mayor sea la impedancia X C del condensador. El resultado, es por tanto, que alumbra más la lámpara de la fase más adelantada de las dos. Si hacemos algún intercambio en las tensiones de alimentación, tomando como origen de fases siempre la tensión aplicada al condensador, el resultado es el mismo, basta con realizar el mismo tipo de operaciones para comprobar que el resultado es el mismo, tal y como se comprueba a continuación. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 38

39 En este caso se tiene que: V V V R S T = V 0º = V 120º = V 240º Calculemos los módulos de las tensiones V AO y V BO a las que están alimentadas las resistencias. Si R jxc R I1 VRT R 2R = I V 2 ST Si R jx C R Δ Z = R 2R, resulta que: 3RV R RV jx V = = ΔZ ΔZ TR C TS 1, I2 I RV R 3R 3R VAO = R( I1+ I2) = ( + 3 XC ) + j ΔZ 2 2 PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 39

40 RV R 3R 3R VBO = RI2 = ( 3 XC ) j ΔZ 2 2 V AO RV 2 3 R 3 3X R = + C + ΔZ V BO RV 2 3 R 3 3X R = C + ΔZ Luego V AO < V BO La conclusión es la misma: alumbra más la lámpara de la fase más adelantada. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 40

41 7.2.- REALIZACIÓN PRÁCTICA A.- En la mesa disponemos de un tablero en el que se han fijado dos portalámparas, cada uno de ellos con una lámpara de incandescencia de 60W y dos condensadores, uno de 4uF y otro de 14uF. Realiza el montaje indicado anteriormente, y que se repite por comodidad, conectando en primer lugar el condensador de 4uF. Recuerda que la alimentación trifásica del sistema la tienes que aplicar a través del variac y siguiendo el procedimiento indicado en las prácticas anteriores. La tensión de alimentación entre fases es de 220V. Conecta una cualquiera de las fases de salida del variac al terminal libre del condensador. Esta es la fase que tomaremos como origen de fases. A continuación conecta las otras dos fases a los terminales libres de las lámparas de 60W. La fase conectada a la lámpara que alumbre más será la fase más adelantada y será por tanto la que sigue a la fase que hemos tomado como referencia. B.- Dibuja el esquema real, indicando sobre él la lámpara que más alumbra. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 41

42 C.- Averigua la secuencia de fases de los terminales de la fuente ensayada. Dibuja el diagrama fasorial del resultado obtenido. D.- Intercambia dos fases cualesquiera y comprueba que la secuencia de fases es contraria a la obtenida en el caso anterior. Repite los apartados B y C. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 42

43 E.- Para comprobar la influencia de la reactancia del condensador X C, realiza los apartados B, C y D con el condensador de 14uF que está fijado al tablero. F.- Justifica los resultados. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 43

44 G.- Para realizar de forma rápida este tipo de ensayos existen en el mercado unos instrumentos, denominados vulgarmente girafases que permiten obtener de una forma sencilla y rápida el sentido de rotación de las fases de cualquier fuente trifásica. En el laboratorio disponemos de uno de estos instrumentos. Una vez que hayas realizado los experimentos anteriores, pídele al profesor el girafases y comprueba los resultados que has obtenido con anterioridad. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 2. SISTEMAS TRIFÁSICOS. PAR. BÁSICOS.- 44