Universidad De San Carlos De GuatemalaFacultad De Ingeniería

Escuela De Ingeniería Mecánica Eléctrica

Lab. Conversión De Energía Electromagnética 1

Ing. Marvin Hernández

PRACTICA 2

Medición de potencia trifásica

Integrantes:

Edvin Guzmán García 87-30525

Rodolfo Vergara Morales 2004-13865

Fredy Gonzálo Gómez Elías 2007-14321

Juan Pablo Segura Rodas 2008-18989

Fecha de realización: 20 de agosto del 2015

INTRODUCCION

Debido a que un sistema trifásico puede considerarse como 3 sistemas monofásicos, la potencia total instantánea total transferida a un circuito trifásico será la suma de las potencias transferidas a cada uno de los tres sistemas monofásicos.

Si consideramos las tensiones y las corrientes en cada línea la potencia total

está dada por la expresión Pt=p1+ p2+ p3…+Pn=u1i1+u2i2+u3 i3=∑i

n

uk ik.

La potencia media total transferida a la carga trifásica está dada por la expresión:

PA=¿|P A||I A|cos (θva−θia)¿

De igual forma se calcula la potencia en las otras dos líneas y debido a que PA=PB=PC entonces la potencia total es: 3 Pθ.

En esta práctica se efectuaron los cálculos de potencia mediante un vatímetro el cuál mide la potencia activa en Watts . Luego mediante cálculos y el triángulo de potencias se encontraron la potencia reactiva y la potencia media.

OBJETIVOS:

1) Efectuar la medición de un sistema trifásico mediante un vatímetro.

2) Realizar los cálculos de potencias mediante la utilización del triángulo de potencias.

3) Diferenciar entre potencia activa, reactiva y potencia media.

MARCO TEORICO

POTENCIA ELÉCTRICA

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.

Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.

La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.

DIFERENTES TIPOS DE POTENCIAS

Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o tensión (V), así será el factor de potencia o cosφ que tenga dicho equipo.

En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes:

Potencia activa (P) (resistiva) Potencia reactiva (Q) (inductiva) Potencia aparente (S) (total)

Potencia activa:

Es la potencia en que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo, los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc.

Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W).

Los múltiplos más utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt (MW) y los submúltiplos, el miliwatt (mW) y el microwatt ( W).

La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente:

De donde:

P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W) I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) Cos   = Valor del factor de potencia o coseno de “fi” 

Potencia reactiva:

Potencia disipada por las cargas reactivas (inductores y capacitores). Se pone de manifiesto cuando existe un trasiego de energía entre los receptores y la fuente, provoca pérdidas en los conductores, caídas de tensión en lo mismos, y un consumo de energía suplementario que no es aprovechable directamente por los receptores.Generalmente está asociada a los campos magnéticos internos de los motores y transformadores. Se mide en KVArth. como esta energía provoca sobrecarga en las líneas transformadoras y generadoras, sin producir un trabajo útil, es necesario neutralizarla o compensarla.

La potencia reactiva esta en el eje imaginario Y y la activa en el eje real X, por lo cual te forma un triángulo rectángulo cuya magnitud de la hipotenusa es denominado potencia "aparente".

La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR).

La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente:

De donde:

Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)

S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)

P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)

Potencia Aparente:

Una parte de la curva de potencia es negativa. En este punto se cede potencia al generador.

La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P). Tambien se podria representar como la suma vectorial de la potencia activa y la reactiva. La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente: 

De donde:

S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) V = Voltaje de la corriente, expresado en volt I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)

DATOS TOMADOS Y CALCULADOS

1) Dentro del puesto de Trabajo EMS, instale los siguientes módulos: la Fuente de alimentación, la interfaz para la adquisición de datos, la carga resistiva y la carga capacitiva.

2) Asegúrese de que el interruptor principal de la fuente de alimentación se encuentra en la posición O (apagado) y que la perilla de control del voltaje de salida ha sido girada completamente a la izquierda. Ajuste el selector del voltímetro en la posición 4-5 y luego asegúrese de que la fuente de alimentación esta enchufada a una toma mural trifásica.

3) Montar el circuito resistivo trifásico conectado en estrella según índica el manual en la figura 6-12. No conectar el neutro de la carga resistiva con el neutro de la fuente de alimentación. Conecte I1, I2, I3, E1, E2 y E3, como se muestra, para medir las corrientes y voltajes.

4) Asegúrese de que la entrada de Alimentación Baja Potencia de la DAI se encuentra conectada a la Fuente de alimentación principal y que el cable chato de la computadora está conectado a la DAI.

5) Muestre la ventana Aparatos de Medición y seleccione el archivo existente ED16.6.cfg

6) Encienda la fuente de alimentación principal y coloque el interruptor 21v- CA en la posición I (encendido). Ajuste el control de voltaje para obtener el voltaje de línea a línea Es mostrado según la figura del manual 6-12.

7) Mida los voltajes y corrientes del circuito y apague la fuente.

ER1= 118 v ER2= 119 v ER3= 120 v

IR1= 0.381 A IR2=0.381 A IR3= 0.381 A

8) Calcule, la potencia activa que consume cada fase del circuito y la potencia total que consume la carga.

PR1= ER1*IR1= 44.958 W

PR2= ER2*IR2= 45.339 W

PR3= ER3*IR3= 45.72 W

Ptotal= PR1 + PR2 = 136.06 W

9) Determine los valores promedio de voltaje y corriente en la carga

Promedio Ecarga= (ER1+ER2+ER3)/3= 119 V

Promedio Icarga= (IR1+IR2+IR3)/3= 0.381 A

10) ¿Resulta el voltaje promedio de la carga aproximadamente √3 veces menor que el voltaje de línea ajustado en la etapa ?

R// si

11) Calcule la potencia total utilizando el voltaje y la corriente de línea. Note que en este circuito Icarga= Ilinea y que Elinea es el valor que se ajusto en la etapa 6

Ptotal= 1.73(Elinea*Ilinea) = 137.09 W

Compare la potencia total hallada en la etapa 8 con la potencia calculada utilizando el voltaje y la corriente de línea. ¿Son aproximadamente iguales?

R// si

12) Conecte el circuito como lo muestra el manual en la figura 6-13, para medir la potencia total de la carga empleando el método de los dos vatímetros

13) Encienda la fuente de alimentación y, si es necesario, ajuste nuevamente Es para obtener el valor utilizado previamente. Seleccione el archivo de la configuración existente ES16-7.cfg. Anote las mediciones de potencia activa que indican los medidores PQs1 y PQS2, y la potencia aparente total del medidor programable A. Apague la fuente y determine Ptotal.

PQS1= W PQS2= W

Paparente= 137.98 VA Ptotal= PQS1 PQS2= W

14) Compare los resultados de las mediciones de la etapa 13 con los resultados obtenidos en las etapas 8 y 11 ¿Resulta la Ptotal aproximadamente la misma en todos los casos?

R// si

15) ¿Encuentra que los resultados de Paparente y Ptotal muestran que las potencias aparente y activa son aproximadamente las mismas?

R// No se puede predecir

16) Adicione capacitancia en paralelo con la carga conectada en estrella como lo muestra el manual en la figura 6-14. Ajuste Xc1, Xc2 y Xc3 con los mismos valores que R1, R2 y R3. Seleccione el archivo de configuración existente ES16-8.cfg. Encienda la fuente para obtener el valor utilizado previamente.

17) Mida el voltaje y la corriente de línea y anote las potencias totales aparente, activa y reactiva, que indican los medidores programables A, B, C, respectivamente. Luego, apague la fuente de alimentación.

Elinea= 207 V Ilinea= 0.559 A

Paparente= 201.028 VA

Pactiva= W

Preactiva= VARs

18) Calcule la potencia aparente total que consume la carga y el cos.

Paparente=1.73(Elinea*Ilinea)= 201.15 VA

cos=(Pactiva/Paparente)

19) Utilice el cos para calcular Pactiva y compare el resultado con la potencia activa medida en al etapa 17.

Pactiva=1.73(Elinea*Ilinea*cos)= W

¿Son aproximadamente los mismos resultados?

R// No se puede predecir

24) Encienda la Fuente de alimentación y ajuste el control de voltaje para obtener el voltaje de línea a línea Es que indica la Figura 6-15. Seleccione el archivo de configuración existente ES16-0.cfg. Mida los voltajes y corrientes del circuito y apague la fuente.

ER1 = 206 V ER2= 207 V ER3= 208V

IR1= 0.669 A IR2 = 0.672 A IR3 = 0.664

25) Calcule la potencia activa que consume cada rama del circuito y la potencia total que consume la carga.

PR1= ER1XIR1 = 137.81W

PR2 = ER2XIR2 = 139.10W

PR3 = ER3XIR3 = 138.11W

Pactiva = 415.022W

26) Calcule la potencia total utilizando el voltaje y la corriente de línea.

Ilínea=1.157

Observación:

Del ejercicio 27 al 38, no se pueden calcular debido a que el vatímetro que se empleaba era de una escala de medición muy grande para las escalas que se trabajaron.

PREGUNTAS DE REVISION

1) En un circuito trifásico balanceado, la potencia activa se puede determinar utilizando dos vatímetros conectados según

R// el método de los dos vatímetros

2) En un circuito trifásico balanceado, la fórmula para calcular la potencia activa total es

R// Pactiva =1.73(Elinea*Ilinea*cos)

3) Para una carga resistiva conectada en triangulo, la potencia aparente total es igual

R// al producto entre el voltaje de línea y la corriente de línea

4) Para una carga trifásica balanceada, las lecturas de dos vatímetros son 175 W y -35, respectivamente. Sabiendo que la medición de potencia debe realizarse empleando el método de los dos vatímetros, ¿Cuál es la potencia total que consume la carga?

R// No se puede predecir

5) El factor de potencia de la pregunta 4. ¿Es igual, mayor o menor que 0.5?

R// el factor de potencia es menor que 0.5

CONCLUSIONES

- Sea podido demostrar que por medio del voltaje y corriente de fase promedio únicamente se puede obtener el valor de la potencia aparente para un circuito trifásico balanceados, dado que los circuitos

balanceados se pueden resolver como se estuvieran tres circuitos monofásicos por separado.

- Para calcular la potencia aparente es igual 3 veces el producto de la tensión de línea por la corriente de la línes.

- Para calcular la potencia ractiva utilizamos el triángulo de potencias de lo cual concluimos que PR= √(S¿¿2−P2)¿

- No se a podido demostrar cual es el factor de potencia o CosΦ dado que no se a podido conocer el valor de potencia activa y reactiva siendo la causa, que el método utilizado de los 2 Vatímetros tienen una escala muy grande la cual era muy difícil de observar los valores.

INVESTIGACIÓN (RELACIÓN DE VOLTAJE Y CORRIENTE EN UN TRANSFORMADOR)

Un transformador hace uso de la ley de Faraday1 y de las propiedades ferromagnéticas de un

núcleo de hierro para subir o bajar eficientemente el voltaje de corriente alterna (AC). Por

supuesto no puede incrementar la potencia de modo que si se incrementa el voltaje, la corriente

es proporcionalmente reducida, y viceversa.