DETERMINACION DEL ANGULO DE PÉRDIDAS Y EL FACTOR DE

PERDIDAS DE UN CONDENSADOR

OBJETIVO:

Usando una resistencia de pérdidas, analizar en forma experimental el ángulo y el factor

de pérdidas de un condensador

EQUIPOS A UTILIZAR

01 Autotransformador variable (0-230) V. 6A.

01 Voltímetro digital Fluke V (0-600) V AC.

01 Miliamperímetro de pinza AEMC Instruments (0-20mA) AC.

01 Vatímetro Digital Fluke 41 (W) cosᴓ = 0.2, 220V. 0.5A/1A.

01 Resistencia Variable R1= (0 – 320) Ω - 1.5A.

01 Resistencia Variable R2= (0 – 1000) Ω - 0.57A.

01 Multímetro Digital.

04 Condensador de 40μF – 300 V AC.

Pruebas a Ejecutar

Medición de la capacidad

Medición de la Tgα y el ángulo de pérdida del condensador.

FUNDAMENTO TEORICO

CONDENSADORES: Un condensador consiste básicamente de dos conductores separados por un dieléctrico o por vacío para almacenar energía en forma de campo electrostático. La capacitancia se define como la tasa entre la carga eléctrica almacenada y el voltaje aplicado:

Siendo la unidad para la capacitancia los Faradios (F). La energía electrostática en Watts-seg ó Joules, almacenada en el condensador está dada por:

Dependiendo de la aplicación, el dieléctrico del capacitor puede ser aire, gas, papel impregnado, película orgánica, etc, teniendo cada uno su propia constante dieléctrica y temperatura.

Factor de potencia: El término factor de potencia, en este caso, define las pérdidas eléctricas en el condensador que opera bajo un voltaje A.C. En un dispositivo ideal la corriente debe adelantar al voltaje aplicado en 90º. Un condensador real, debido a las

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pérdidas en el dieléctrico, electrodo y contactos terminales, tiene un ángulo de fase menor a 90º. El factor de potencia está definido como la razón entre la resistencia en serie efectiva y la impedancia del condensador.

DETERMINACION DEL ÁNGULO DE PÉRDIDAS Y DEL FACTOR DE PÉRDIDAS

La calidad del condensador depende de la calidad del material aislante utilizado como dieléctrico en la fabricación del condensador. Este factor de calidad del condensador se determina midiendo “el ángulo de pérdidas”. El ángulo de pérdidas es =90º - , donde es el ángulo de desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión aplicada al condensador. En uno ideal (sin pérdidas) el ángulo de desfasaje es igual a 90º. De esto se deduce que para determinar con exactitud el ángulo de desfasaje se procede a medir la potencia real disipada en el condensador (P) y la potencia aparente (VI):

Considerando el siguiente esquema equivalente del condensador (se está representando como un condensador ideal en paralelo con una resistencia equivalente):

Se deduce:

Es muy pequeño el valor del ángulo de pérdidas y dificulta su determinación por un método técnico. En los condensadores de precisión (patrones de laboratorio), tan es del orden de 10-4 a 10-3. En los condensadores industriales tan oscila entre valores comprendidos a 10-3 y 10-1, y el ángulo puede llegar a menos grados.

En la industria se determina el factor de calidad del condensador (tan) utilizando uno de los dos métodos que a continuación enumeran:

1.- Método del vatímetro2.- Método de las tres tensiones

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IR

Ic

IcIR

El primer método, es decir el del vatímetro, requiere la utilización de un vatímetro de bajos cos (0,1) y siendo éste un instrumento de alto costo, especialmente de las clases superiores a 0,5 no es muy usual.

El segundo método, es decir el de tres tensiones, es más accesible. Para determinar el ángulo de pérdidas mediante un vatímetro, se utiliza el esquema de la siguiente figura adjuntada, conectando en lugar de la impedancia señalada Z, R, X, el condensador a ensayar Cx.

El vatímetro señala la potencia Pc disipada y del producto de las lecturas del amperímetro y del voltímetro se obtiene el valor de la potencia aparente. A base de los valores obtenidos de la medición, se calcula el factor de potencia cos, el cual en un condensador es de muy bajo valor.

Del diagrama fasorial de la figura 3-b se deduce:

El factor de pérdidas del condensador Cx será:

Para determinar el ángulo de pérdidas por el método de los tres voltímetros, se utiliza el esquema de la figura adjunta.

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Por tanto, habiéndose conectado el condensador Cx en serie con la resistencia conocida Rp son tres las tensiones a medir:La tensión V1 en la resistencia conocida, la tensión V2 en el condensador Cx y la tensión total aplicada al circuito V. Del triángulo de tensiones se puede deducir que:

y

En base a estos cálculos se halla el factor y el ángulo de pérdidas del condensador Cx.

PROCEDIMIENTO

CIRCUITO 11. Armar el circuito de la figura A.

2. Colocar R1 al máximo valor (R1=320Ω).

3. Regular la salida del autotransformador desde cero hasta 22OV, tomando como mínimo un juego de 15 valores de V, A, W, VR1 y VC.

4. Manteniendo en el voltímetro V y una tensión constante de 22OV, regular la resistencia R1 desde un valor máximo al valor mínimo y tomar un juego de 15 valores de V, A, W, VR1 y VC.

CIRCUITO 2

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Xc

Rp

220V

60 HZ

1. Armar el circuito de la figura

2.- La resistencia R2 ponerla al máximo valor.

3.- Regular la salida del autotransformador variando la tensión desde cero hasta 22OV,

tomando como mínimo un juego de 15 valores de A, V, W, VR2 y VC.

BIBLIOGRAFIA: ANALISIS DE MEDIDAS ELECTRICAS

Ernest Frank.

LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS I

Ing. F. López A.

Ing. O. Morales G.

INSTRUCCIONES DE LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS II

Laboratorio de Medidas Eléctricas I 5

220V

60 HZ