Medición de Potencia y Sistemas Polifásicos. · vatímetros sean exactamente iguales en sus...
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Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería Eléctrica Asignatura: Sistemas Eléctricos Lineales II Tema: Medición de Potencia y Sistemas Polifásicos. Contenidos Voltaje RMS. Voltaje máximo. Potencia y Factor de Potencia. Desfase de una señal. Objetivo Específico Comprender el comportamiento del Factor de Potencia en los sistemas con predominancia de circuitos reactivos capacitivos e inductivos. Verificar el desfase existente entre los voltajes de fase pertenecientes a un sistema trifásico. Verificar el desfase existente entre los voltajes de línea pertenecientes a un sistema trifásico. Conectar el amplificador de separación para observar las señales en sistemas eléctricos polifásicos. Item Cantidad Descripción 1 1 Fuente Trifásica de Vac fija (o variable) 2 1 Multímetro 3 1 Vatímetro Electrónico 4 1 Amplificador de separación LM 6113 5 1 Osciloscopio con puntas de medición 6 X Clavijas de conexión 7 1 Cable BNC-BNC 8 X Cables de conexión Material y Equipo
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Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería Eléctrica Asignatura: Sistemas
Eléctricos Lineales II
Tema: Medición de Potencia y Sistemas Polifásicos.
Contenidos
Voltaje RMS.
Voltaje máximo.
Potencia y Factor de Potencia.
Desfase de una señal.
Objetivo Específico
Comprender el comportamiento del Factor de Potencia en los sistemas con predominancia de
circuitos reactivos capacitivos e inductivos.
Verificar el desfase existente entre los voltajes de fase pertenecientes a un sistema trifásico.
Verificar el desfase existente entre los voltajes de línea pertenecientes a un sistema trifásico.
Conectar el amplificador de separación para observar las señales en sistemas eléctricos
polifásicos.
Item Cantidad Descripción
1 1 Fuente Trifásica de Vac fija (o variable)
2 1 Multímetro
3 1 Vatímetro Electrónico
4 1 Amplificador de separación LM 6113
5 1 Osciloscopio con puntas de medición
6 X Clavijas de conexión
7 1 Cable BNC-BNC
8 X Cables de conexión
Material y Equipo
3 Sistemas Eléctricos Lineales II
Introducción Teórica
Los sistemas eléctricos de corriente alterna a diferencia de los de corriente directa son compuestos
por señales variables en el tiempo, es decir, que los electrones fluyen primero en una dirección y
luego invierten su sentido fluyendo en dirección opuesta. De aquí que su magnitud varíe,
encontrándose valores negativos y positivos, observándose dos valores importantes en ingeniería:
Valor máximo: se refiere al máximo valor instantáneo que alcanza la señal.
Valor eficaz: es aquel que produce cierta cantidad de calentamiento en una resistencia,
comparable al que se produce por medio de una señal DC pura del mismo valor.
La relación existente entre el valor máximo (VMAX) y el valor eficaz (VRMS) es:
VRMS = 0.707 VMAX Ecuación 1.1
La corriente alterna se puede describir como una señal de forma sinusoidal repitiéndose el valor
máximo 60 veces por segundo de aquí se dice entonces que su frecuencia es de 60 Hertz.
Procedimiento
PARTE I. Medición de Potencia 3ɸ.
a. Método de los tres vatímetros – Sistema 3ɸ 4 hilos - Aplicación Carga Resistiva.
Un sistema trifásico a 4 hilos es aquel en que además de las líneas correspondientes a las tres fases,
se dispone de una cuarta línea correspondiente al neutro o punto central de la conexión en estrella
de la carga, ya que una conexión de ésta en triángulo no lo permite.
La potencia activa consumida será la suma de las potencias consumidas en cada brazo de la estrella
según se muestra en el circuito de la fig. 1.1.
.
Figura 1.1.
Sistemas Eléctricos Lineales II
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Observe que;
Parte Experimental.
Parte I. Medición de Potencia.
a. Tomando de referencia el circuito de la figura 1 y seleccionando una carga de potencia en
la que pueda circular una corriente de al menos 2A (se sugiere una resistencia de potencia o
un motor trifásico); haga las conexiones correspondientes y mida la potencia trifásica
correspondiente. Para alimentar el circuito y los circuitos siguientes, puede utilizar la red trifásica a
220Vac entre fases (127vac entre fase y neutro aproximadamente).
Nota: Antes de energizar, consulte a su instructor respecto a la fuente a
utilizar.
Complete las siguientes tablas:
Parámetro WA WB WC TOTAL
Potencia Promedio (W)
Tabla 1.
Mida los siguientes parámetros:
Parámetros DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 2.
Compare la tabla 1 con la tabla 2. Explique.
Por lo tanto:
5 Sistemas Eléctricos Lineales II
b. Método de los tres vatímetros – Sistema 3ɸ 3 hilos - Aplicación Carga Resistiva.
En un sistema trifásico a tres hilos no disponemos de la línea correspondiente al neutro. La carga
puede estar conectada tanto en estrella (neutro inaccesible), como en triángulo (fig. 1.2). En este
caso los vatímetros se conectan de modo que se crea un neutro artificial con una de las conexiones
del circuito de tensión en cada vatímetro. Esta forma de medir la potencia requiere que los tres
vatímetros sean exactamente iguales en sus características, sobre todo en la resistencia interna del
medidor del voltaje. El sistema ha de estar equilibrado y en el caso de tratarse de un sistema
desequilibrado la medida de potencia sería aproximada.
Figura 1.2.
Parte Experimental:
Figura 1.3.
Tomando de referencia el circuito de la figura 1.3; haga las conexiones correspondientes a la
conexión Y mida la potencia trifásica correspondiente. Llene las siguientes tablas:
Parámetro WA WB WC TOTAL
Potencia Promedio (W)
Tabla 3.
Sistemas Eléctricos Lineales II
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Mida además, los siguientes parámetros:
Parámetros DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 4.
Compare la tabla 3 con la tabla 4. Explique.
c. Método de los dos vatímetros – Sistema 3ɸ 3 hilos - Aplicación Carga Resistiva en Y.
El método de los dos vatímetros (conocido también como Método Arón) se utiliza para medir la
potencia activa consumida por una carga equilibrada o desequilibrada sin hilo neutro. Las conexiones
de los dos vatímetros a la red están representadas en la fig.1.4. Las bobinas amperimétricas se
introducen en dos fases cualesquiera de la red, y las bobinas voltimétricas se conexionan entre la
fase que tiene la bobina amperimétrica correspondiente y la fase restante.
Figura 1.4.
7 Sistemas Eléctricos Lineales II
Parte Experimental:
Tomando de referencia el circuito de la figura 4; haga las conexiones correspondientes y mida la
potencia trifásica correspondiente. Llene las siguientes tablas:
Parámetro WA WC TOTAL
Potencia Promedio (W)
Tabla 5. Mida
los siguientes parámetros:
Parámetros DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 6.
Compare la tabla 5 con la tabla 6. Explique.
Sistemas Eléctricos Lineales II
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c. Método de los dos vatímetros – Sistema 3ɸ 3 hilos - Aplicación Carga Resistiva en ∆.
Modifique del circuito de la figura 4 únicamente la configuración de la CARGA, conecte ahora la carga
en delta ∆ tal como se muestra en la figura 1.5.
Figura 1.5.
Parte Experimental:
Tomando de referencia el circuito de la figura 1.5; haga las conexiones correspondientes y mida la
potencia trifásica correspondiente. Llene las siguientes tablas:
Parámetro WA WC TOTAL
Potencia Promedio (W)
Tabla 7. Mida
los siguientes parámetros:
Parámetros DATO
Voltaje de línea
Corriente de Línea
Cos α (F.P)
Tabla 8.
Compare la tabla 7 con la tabla 8. Explique.
Desconecte y ordene su mesa de trabajo.
Sistemas Eléctricos Lineales II
Parte II. Circuitos Polifásicos.
Nota: Antes de energizar, consulte a su instructor respecto a la fuente a
utilizar. Se sugiere utilizar la red trifásica a 220Vac entre fases (127vac entre
fase y neutro aproximadamente).
Esta parte la completará según la disponibilidad del tiempo de la práctica.
1. Identifique los siguientes equipos sin energizarlos aún, los cuales deberá solicitar a su instructor
una inducción previa a su utilización:
a) La Fuente Trifásica de Vac.
b) El amplificador de separación.
c) El osciloscopio.
2. Conecte el circuito de medición de señales trifásicas tal como se muestra en la figura 1.6.
Figura 1.6. Circuito de medición de señales eléctricas.
3. La configuración del amplificador de separación debe ser la siguiente:
a) El selector OFF / GAIN al tope en sentido horario.
b) El selector OUTPUT MODE en posición CHOP.
c) El selector CHOP FRECUENCY en HIGH.
d) El selector MODE CH D en “D”.
e) Los selectores RANGE (V) en 100.
4. Encienda la fuente de voltaje y dibuje la señales obtenidas del osciloscopio en la cuadricula
siguiente.
Sistemas Eléctricos Lineales II
5. Con ayuda de un multímetro, mida la tensión RMS de una de las señales entre fase y neutro.
V =
6. Complete la tabla 9.
Parámetro medido VL1_N VL2_N VL3_N
Valor RMS de tensión
medido con osciloscopio
Valor RMS medido con
multímetro.
Desfase respecto de
VL1_N
Tabla 9.
7. Despliegue en el osciloscopio las señales de voltaje de fase (VL1-N), en conjunto, esto se hará
conectando el osciloscopio a la terminal “CHOP” del amplificador de aislamiento.
Nota: Si se saturan las señales observadas en el osciloscopio (tendencia a ser
cuadradas) aumente la escala RANGE (V).
Sistemas Eléctricos Lineales II
Alternativa de medición. También se puede observar directamente la señal
(sin usar el amplificador de separación) conectando las puntas del
osciloscopio de la siguiente forma:
Canal 1 del osciloscopio: Conectada la terminal positiva de la punta de medición a L1 y la
terminal negativa a N de la fuente trifásica fija.
Canal 2 del osciloscopio: Conectada la terminal positiva de la punta de medición a L2 y la
terminal negativa a N de la fuente trifásica fija.
Observe que la referencia de los Canales 1 y 2 del osciloscopio es el mismo punto, es decir
el N de la fuente trifásica, con lo cual se evita hacer cortocircuito al cambiar la referencia de
uno de los dos canales del osciloscopio.
Consulte al respecto si va a realizar este método de medición.
8. Apague la fuente de energía y realice las conexiones necesarias para medir los parámetros
del siguiente paso, procediendo posteriormente, a encender dicha fuente.
9. Modifique el circuito de la figura 6 para obtener las siguientes señales en el osciloscopio.
a) VL1-N (Únicamente esta tensión se cuantifica respecto del neutro)
b) VL1-L2
Sistemas Eléctricos Lineales II
10. Complete la siguiente tabla 10.
Parámetro medido VL1_N VL1_L2 VL2_L3 VL3_L1
Valor RMS de tensión
medido con osciloscopio
Valor RMS medido con
multímetro.
Desfase respecto de VL1_N
Tabla 10.
Explique acerca de la secuencia de fase que poseen las tensiones de línea observadas en
el osciloscopio (consulte al respecto de ser necesario).
Apague la fuente, desconecte y ordene su mesa de trabajo.
Resuelva, de manera teórica, los circuitos mostrados en la Parte I referente a Medición de
Potencia.
Bibliografía
• Skilling, Hugh. Circuitos en ingeniería eléctrica. Editorial CECSA 1987.
Alexander / Sadiku. Fundamentos de circuitos eléctricos.
• Hayt, William. Kemmerly, Jack E. Análisis de circuitos en ingeniería. Sexta Edición.
MCGRAW HILL.
Discusión de resultados
Sistemas Eléctricos Lineales II
EVALUACION
% 1-4 5-7 08/-10 Nota
CONOCIMIENTO
20%
Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos durante la evaluación previa de la práctica.
Conocimiento y
explicación incompleta
de los fundamentos
teóricos
Conocimiento completo
y explicación clara de
los fundamentos
teóricos
APLICACIÓN DEL CONOCI- MIENTO 20%
Un porcentaje de
mediciones, entre el 0%
y 45% son satisfactorias
en términos de
exactitud y precisión
esperadas.
Un porcentaje de
mediciones, entre el
45% y 75% son
satisfactorias en
términos de exactitud y
precisión esperadas.
Un porcentaje de
mediciones, entre el
75% y 100% son
satisfactorias en
términos de exactitud y
precisión esperadas.
20%
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria es
insuficiente.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria
contiene menos
elementos de lo
solicitado.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria es
suficiente.
20%
No interpreta
correctamente todos los
resultados obtenidos
durante la práctica, aún
con apoyo del docente.
Interpreta
correctamente, aunque
con apoyo docente, los
resultados que se
obtienen durante la
práctica.
Interpreta
correctamente los
resultados obtenidos
durante la práctica.
ACTITUD
10%
Se ha tardado un
tiempo mucho mayor al
esperado para realizar
la práctica.
Se ha tardado un
tiempo poco mayor al
esperado para realizar
la práctica.
El tiempo de realización
de la práctica es mejor
que el esperado.
10%
No tiene actitud
proactiva para realizar
las mediciones durante
la práctica.
Su actitud es
parcialmente
proactiva para
realizar las
mediciones durante
la práctica.
Muestra claramente
una actitud proactiva
para realizar las
mediciones durante la
práctica.
TOTAL 100%
Guía 1. Medición de Potencia y Sistemas Polifásicos.
Alumnos:
