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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNIVERSIDADNACIONAL DEINGENIERAFacultad De Ingeniera Mecnica

Curso:LABORATORIO DE CIRCUITO ELCTRICOS II ML125-A

Profesor:Ing. TARAZONA BERMUDEZ

Titulo:CIRCUITOS TRIFSICOS DESBALANSEADOS Y CORRECCIN DEL FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFSICOS

Estudiantes:

2015-1

CONTENIDO

INTRODUCCION..3

OBJETIVOS.4

FUNDAMENTO TEORICO..4

CIRCUITOS TRIFSICOS DESBALANCEADOS4

INSTRUMENTOS Y MATERIALES..8

PROCEDIMIENTO10

HOJA DE DATOS..18

CUESTIONARIO20

RECOMENDACIONES35

OBSERVACIONES35

CONCLUCIONES..36

BIBLIOGRAFIA36

INTRODUCCION

En la parte anterior del curso se realiz el ensayo de circuitos trifsicos balanceados, a diferencia de ese laboratorio las cargas utilizadas en eran iguales, sin embargo ahora se trabajaron con cargas diferentes, dando un circuito trifsico desbalanceado, donde se la realizaron las medidas para poder determinar la potencia, voltaje del circuito.

Este tema es importante ya que no siempre se trabajar con cargas iguales es por eso que es de gran importancia tener conocimiento de este tipo de circuitos.

Luego tambin se tambin se medir la correccin del factor de potencia en un circuito trifsico.

OBJETIVOS Analizar y evaluar en forma experimental la medida de las magnitudes elctricas existentes en los circuitos trifsicos desbalanceados. Establecer la correcta instalacin de los instrumentos y equipos (vatmetro trifsico) en los circuitos de la experiencia. Determinar analticamente la potencia activa y reactiva en cada caso y compararlas con lo calculado en la experiencia.

FUNDAMENTO TEORICO

CIRCUITOS TRIFSICOS DESBALANCEADOS

El clculo de un circuito trifsico desbalanceado se lleva a cabo mediante un anlisis de nodos o de mallas, porque la simetra espacial, que permite reemplazar un problema trifsico equilibrado por otro monofsico representativo, ya no existe. Tambin es evidente que las ventajas del trifsico sobre el monofsico desaparecen si el circuito est muy desequilibrado. Tambin es posible calcular este tipo de circuitos usando el mtodo de las componentes trifsicas.

Conexin en delta () abierta: para estudiar la carga trifsica desequilibrada se emplea la figura1 la cual es una carga en conexin delta desbalanceada, ya que la tercera impedancia que cierra el tringulo se omite. La tercera impedancia se puede considerar como si fuera demasiado grande (infinita): se trata como un circuito abierto.

Fig 1: Circuito desbalanceado en conexin abierta

Las dos impedancias son iguales, pero falta la tercera, que si estuviera conectada entre A y B dara lugar a que la carga total fuese un tringulo equilibrado. Las tensiones de lnea en los terminales de la carga se suponen equilibradas y de secuencia ABC, por tanto:

El diagrama fasorial que representa el anlisis anterior se muestra en la figura2.

Fig2: Diagrama fasorial del circuito desbalanceado en conexin abierta

Puesto que las tres corrientes de lnea no son iguales, si esta carga se conectar a una fuente por medio de conductores, la potencia perdida en el conductor C sera el triple de la perdida en A o en B. Adems las tensiones en las impedancias de los conductores serian desiguales y desequilibrados.

Puesto que las tres corrientes de lnea no son iguales, si esta carga se conectar a una fuente por medio de conductores, la potencia perdida en el conductor C sera el triple de la perdida en A o en B. Adems las tensiones en las impedancias de los conductores serian desiguales y desequilibrados.

Conexin en Y desequilibrada: en el estudio de la conexin en Y desequilibrada se emplea el circuito de la figura3.

Fig3: Circuito trifsico en conexin Y desequilibrado

Suponiendo conocidas las tensiones de la fuente, puede calcularse la corriente de lnea si se conocen tambin las tensiones de A, B y C con respecto al punto neutro de la carga. La tensin (VNN) se calcula empleando el mtodo de los nodos. Puede obtenerse un circuito equivalente con respecto a los terminales N y N convirtiendo cada fuente de tensin en fuente de corriente, este circuito se muestra en la figura4.

Fig4: Equivalente de fuentes de corriente, con respecto a N-NLa aplicacin de la ley de corrientes de Kirchhoff a la unin da:

Si los neutros N y N se unen por medio de una impedancia nula (admitancia infinita), ser cero y la tensin en cada impedancia de fase no depender de las otras impedancias. Si, por el contrario ZNN es apreciable, la tensin en cada impedancia de fase influir en las otras.

INSTRUMENTOS Y MATERIALESMultmetro DigitalPinza Amperimtrica

Condensadores Conductores para conexin

Interruptor Tripolar Bobina

Vatmetro analgico trifsico Secuencmetro

Lmparas incandescentes Cosfmetro

Motor Trifsico

PROCEDIMIENTO

1) Anotar las especificaciones tcnicas que presentan el vatmetro, cosfimetro, medidor de energa y secuenciometro, asimismo observar el diagrama de conexin que presentan los mismos.

COSFIMETRO (Se us solo para la correccin del factor de potencia)

2) Verificar la escala de los instrumentos para evitar posibles daos.

3) Con el sistema elctrico trifsico desenergizado, implementar el circuito de la figura1, la carga estar formada por:

CASO I: Lmparas incandescentes de diferente potencia ().

RST ()

VRS 228.4 v

VST226.6 v

VTR228.8 v

IR (A)5.31

IS (A)5.2

IT (A)7.46

Vatmetro20*10W=200W

= 0

CASO II: 1 bobina, 1 lmpara y un condensador (conectados en Y).

RST (Y)

VRN (VAC)50.22 V

VSN (VAC)235.7 V

VTN (VAC)276.2 V

IS (A)R=116.31.13 A

IR (A)L=107.7nH1.157 A

IT (A)C=30F1 A

Vatmetro20*8W=160W

CASO III: Condensadores de diferente capacidad ().

RST ()

VRS228.9 V

VST228.4 V

VTR229.4 V

IR =3.074 AC1=10FIC1 =0.329 A

IS =2.234 AC2=20 FIC2 =1.711 A

IT =3.738 AC3=30 FIC3 =2.573 A

Vatmetro0W

CASO VI: Todas las cargas anteriores ms un motor trifsico.

PARA LA LAMPARA PARA BOBINA, LAMPARA Y CONDENSADORRST ()

VRS 224.7 V

VST203.9 V

VTR223.1 V

IR 3.44 A

IS 4.99 A

IT 7.03 A

RST (Y)

VRN (VAC)125.5 V

VSN (VAC)236.2 V

VTN (VAC)125.1 V

IS (A)C=10F0.712 A

IR (A)L=107.7nH2.735 A

IT (A) R=35.3 3.262 A

RST ()

VRS224.7V

VST205.9V

VTR228.1V

IR=2.810A C1=10FIC1 =0.8 A

IS=2.291A C2=20 FIC2 =1.674 A

IT=3.418 AC3=30 FIC3 =2.3 A

VRS 224.3 V

VST 203.9 V

VTR 228.1 V

IR 3.851 A

IS 3.034 A

IT 2.034 A

PARA CONDENSADORES PARA MOTOR

Vatmetro20*31 W=620W

CORRECCION DEL FACTOR DE POTENCIA

CASO V: 1 Motor elctrico trifsico

VRS 228.4 V

VST 227.2 V

VTR 228.9 V

IR 3.018 A

IS 3.133 A

IT 3.010 A

P3 = 140WCos=0.2

CASO VI: Motor elctrico ms condensadores conectados en ( y Y).

PARA LOS CONDENSADORES ()PARA EL MOTORRST ()

VRS230.4V

VST228V

VTR229.4V

IR=2.270A C1=10FIC1 =0.812A

IS=3.793A C2=20 FIC2 =1.697A

IT=3.126 AC3=30 FIC3 =2.496A

VRS 224.2 V

VST 226.9 V

VTR 228.3 V

IR 3.123 A

IS 3.162 A

IT 3.031 A

Vatmetro20*8 W=160W

CosfmetroCos=0.45 ; =63.25

PARA LOS CONDENSADORES (Y)PARA EL MOTORRST (Y)

VRS229.9V

VST223.4V

VTR229.8V

IR=0.6A C1=10FVRN=168.7V

IS=1.023A C2=20 FVSN=100.8V

IT=1.158AC3=30 FVTN=137.2V

VRS 224.9 V

VST 228.4 V

VTR 229.8 V

IR 3223 A

IS 3.172 A

IT 3.060 A

Vatmetro20*7.5W=150W

CosfmetroCos=0.23 ; =76

4) Para cada caso: cerrar el interruptor S y alimentar el circuito de la figura1 a 220v. Medir los valores V y A en cada una de las fases (tensin de line y de fase, as como las corrientes correspondientes), utilizando el multmetro y la pinza amperimtrica respectivamente. Tomar la lectura del vatmetro y el cosfimetro (utilizado solo en caso de correccin del factor de potencia), asimismo observar lo indicado en el secuenciometro y anotar el N de veces q se enciende la luz indicadora (impulsos) del medidor de energa en un tiempo de 60 segundos.

5) Para cada caso desenergizar la alimentacin, cambie la secuencia de fases (intercambiando 2 bornes cualesquiera) y repita el paso4.

HOJA DE DATOS

CUESTIONARIO1) Tabular los valores de las magnitudes medidas para cada caso, comparar la potencia leda por el vatmetro con la suma de las potencias de cada fase y con la obtenida a partir del medidor de energa indicar el % de error.

Lmparas: () LmparaVoltaje(VFASE)Corriente(AFASE)Resistencia()Impedancia()

R1228.8 V5.20 A37.837.80

R2228.4 V7.48 A116.8116.80

R3226.6 V5.31 A39.539.50

Capacitores: ()CapacitorVoltaje(VFASE)Corriente(AFASE)Capacitancia(F)Impedancia()

C1228.9 V1.1711 A10.0uFX1= - j265.2582

C2228.4 V2.573 A20.0uFX2= - j132.629

C3229.4 V0.329 A30.0uFX3= - j88.4194

Bobina, lmpara y condensador (Y)Reactorr ()X

L107.7mH13.5 13.5+j40.6071.6070

C30uF0- j88.4194-900

R116.6 116.6 116.60

Clculo de las potencias:

Circuito de Lmparas ()P Lmparas = 200 WP Lmparas =197.2793 W (Terico) P Lmparas = 200 W (Real)Q Lmparas = 0

(Calculado)

Circuito Bobina, Lmpara y CondensadorP R-L-C = PR+ P C + P L = 1.157*127.017 + 0 + 1.13*30.22*cos71.607P R-L-C = 157.733 W (Terico) P R-L-C = 160 W (Real)

Q R-L-C = Q R+ Q C + Q L = 0 1*234.2 + 1.13*30.22*sen71.607 Q R-L-C = -201.79 VAR (Calculado) T= - 51.589

VA (Calculado)

Circuito de CondensadoresP Condensadores = 0P Condensadores = 0 W (Terico) P Condensadores = 0 W (Real)Q Condensadores = -489.0158 VAR (Calculado) T=--90

VA (Calculado)

Circuito Cargas: Lmparas, R-L-C, Condensadores y MotorP 4 cargas= Lmparas+ P R-L-C + P Condensadores + P motor = 197.2793 + 157.733 + 0 + 556.27P 4 cargas = 911.2823 W (Terico) P 4 cargas = 620 W (Real)

Q 4 cargas = Q Lmparas+ Q R-L-C + Q Condensadores + P motor = 0 201.79 489.0158 + 656.0506Q 4 cargas = - 34.7494 VAR (Calculado) T= - 3.207

VA (Calculado)CIRCUITOPOTENCIA LEIDA (WATT)POTENCIA CALCULADA (WATT)% Error

FOCOS ()200197.271.365

CONDENSADORES()

00

RLC ()160157.7331.416

MOTOR 3 + RLC(Y)+FOCOS(Y)+CONDENSADORES(Y)911.2862031.96

2) Muestra para cada caso y cada secuencia de fases un diagrama fasorial, indicar las tensiones de lnea, de fase y las corrientes, obtenidas a partir de los clculos.Para el caso de la figura (slo lmparas en ):En este caso Vlnea =Vfase

Figura 1 Diagrama fasorial para lmparas en Para el caso de la figura (1 bobina,1 lmpara, 1 condensador conectados en Y):En este caso Ilnea = Ifase

Figura 2 Diagrama fasorial para 1 bobina,1 lampara, 1 condensador conectado en Y.Para el caso de la figura (slo capacitores en ):En este caso Vlnea = Vfase

Figura 5.3 Diagrama fasorial para capacitores en

Para el caso de la figura (Motor, lmparas en con las reactores y capacitores en ):

Figura Diagrama fasorial para motor con todas las cargas anteriores

3) Tomando como referencia el plano complejo, elaborar los tringulos de potencia obtenidos para cada caso. CASO I: con las lmparas en

CASO II: 1 bobina, 1 lmpara, 1 condensador en Y

CASO III: CAPACITORES EN

CASO IV: MOTOR ELECTRICO + TODAS LAS CARGAS

4) Para todos los casos plantear y verificar el cumplimiento de las leyes de Kirchoff en cada uno de los circuitos empleados, elaborar un cuadro con los valores obtenidos en cada caso y compararlo con los obtenidos analticamente, indicando el % de error los voltajes y corrientes suministrada por la red (obtenidas al resolver cada circuito).

CIRCUITO 11era ley de Kirchoff:

IRS ITR = IR = 1.540 - 4.37120

= 5.31-45.45 5.31---

IST IRS = IS = 4.23-120 - 1.540

= 5.17-134.93 5.20---

ITR IST = IT =4.37120 - 4.23-120

= 7.4490.53 7.46---

2da ley de Kirchoff:

VRS + VST + VTR = 0 = 228.40 + 226.6-120 + 228.8120

= 2.0269.82 0VOLTAJE REAL (V)VOLTAJE TEORICO (V)% Error

VRS228.42203.82

VST226.62203.00

VTR228.82204.00

CORRIENTE REAL (A)CORRIENTE TEORICO (A)% Error

IR5.315.310.00

IS5.25.170.58

IT7.467.440.27


= 0 = 1.13-114.68 + 1.15735.94 + 1.00180

= 0.63-146.98 02da ley de Kirchoff:

VRN VSN = VRS = 50.22-30 - 235.7-150

= 264.4120.53 228.10

VSN VTN = VST = 235.7-150- 274.290

= 442.00-117.5 227.6-120

VTN VRN = VTR = 274.290 50.22-30

= 302.4598.26 229.3120VOLTAJE REAL (V)VOLTAJE TEORICO (V)% Error

VRS228.12203.68

VST227.62203.45

VTR229.32204.23


IR1.131.23698.64

IS1.1572.017942.66

IT11.03373.26


IRS ITR = IR = 0.82990 - 2.573-150

= 3.072543.5126 3.079---

IST IRS = IS = 1.711-30 - 0.82990

= 2.269-49.2289 2.254---

ITR IST = IT =2.573-150 - 1.711-30

= 3.7439-173.34 3.758---2da ley de Kirchoff:

VRS + VST + VTR = 0 = 228.90 + 228.4-120 + 229.4120

= 0.8690 0VOLTAJE REAL (V)VOLTAJE TEORICO (V)% Error

VRS228.92204.05

VST228.42203.82

VTR229.42204.27


IR3.0793.1171.22

IS2.2542.27961.12

IT3.7583.76390.16

CIRCUITO 4Lmparas en :1era ley de Kirchoff:

IRS1 ITR1 = IR1 = 1.520 - 4.29120

= 5.21-45.39 5.44---

IST1 IRS1 = IS1 = 4-120 - 1.520

= 4.938-135.45 4.99---

ITR1 IST1 = IT1 =4.29120 - 4-120

= 7.1891.15 7.03---2da ley de Kirchoff:

VRS + VST + VTR = 0 = 224.70 + 205.9-120 + 228.1120

= 2.0269.82 0

1 bobina, 1 lmpara y 1 condensador en :1era ley de Kirchoff:

= 0 = 2.735-114.68 + 0.71835.94 + 3.262180

= 4.34-151.63 02da ley de Kirchoff:

VRN VSN = VRS = 125.5-30 - 236.2-150

= 318.0910.02 224.70

VTN VRN = VTR = 125.190 125.5-30

= 217.026120.05 205.9120

VSN VTN = VST = 236.2-150- 125.190

= 317.78-130.06 228.1-120

Capacitores en :1era ley de Kirchoff:

IRS3 ITR3 = IR3 = 0.890 - 2.3-150

= 2.78744.391 3.810---

IST3 IRS3 = IS3 = 1.679-30 - 0.890

= 2.1914-48.43 2.291---

ITR3 IST3 = IT3 =2.3-150 - 1.679-30

= 3.459-174.85 3.418---2da ley de Kirchoff:

VRS + VST + VTR = 0 = 224.70 + 205.9-120 + 228.1120

= 2.0269.82 0Motor 3 :

2.3644130.5358

2.580310.5358

2.3292-109.46421era ley de Kirchoff total:

IR1 + IR2 + IR3 + IR4 = IR =

= 5.21-45.39+ 2.735-114.68+ 2.78744.391+3.851130.5358

= 2.3997-33.30 3.246---

IS1 + IS2 + IS3 + IS4 = IS=

=4.938-135.45 + 0.71835.94 + 2.1914-48.43+3.03410.53

= 4.3916-70.03 3.781---

IT1 + IT2 + IT3 + IT4 = IT=

=7.1891.15+ 3.262180 + 3.459-174.85+2.034-109.4642

= 2.721121.4 3.264---2da ley de Kirchoff:

VRS + VST + VTR = 0 = 224.70 + 205.9-120 + 228.1120

= 2.0269.82 0

VOLTAJE REAL (V)VOLTAJE TEORICO (V)% Error

VRS224.72202.14

VST205.92206.41

VTR228.12203.68


IR3.2462.399735.27

IS3.7814.391613.90

IT3.2642.72119.96

CIRCUITO 5Solo Motor 3 :

2.321130.5358

2.33810.5358

2.321-109.4642

1era ley de Kirchoff:

= 0 =2.321130.5358 + 2.33810.5358 + 2.321-109.4642

= 0.01710.53 02da ley de Kirchoff:

VRS + VST + VTR = 0 = 228.90 + 227.2-120 + 228.9120

= 1.69959.99 0


VRS228.92204.05

VST227.22203.27

VTR228.92204.05


IR3.0182.32130.03

IS3.15522.33834.95

IT3.012.32129.69

CIRCUITO 6Motor 3 + Condensadores :

2.318130.5358

2.34110.5358

2.327-109.4642

1era ley de Kirchoff total:

IR1 + IR2 = IR = 2.318130.5358+ 2.2743.5126

= 0.934-33.30 0.8---

IS1 + IS2 = IS= 2.34110.5358 +3.793-49.2289

= 0.875-70.03 0.7---

IT1 + IT2 = IT= 2.327-109.4642 + 3.126-173.4758

= 1.653121.4 1.289---2da ley de Kirchoff total:

VRS + VST + VTR = 0 = 229.20 + 226.9-120 + 228.3120

= 2.007437.15 0


VRS229.22204.18

VST226.92203.14

VTR228.32203.77


IR0.80.93414.35

IS0.70.87519.89

IT1.2891.65322.02

Motor 3 + Condensadores :

2.310130.5358

2.32610.5358

2.311-109.46421era ley de Kirchoff total:

IR1 + IR2 = IR = 2.310130.5358+ 0.63660

= 2.592117.16 2.586---

IS1 + IS2 = IS= 2.32610.5358 +0.76-60

= 2.6769-4.99 2.162---

IT1 + IT2 = IT= 2.311-109.4642 + 1.55180

= 2.3149-70.2635 2.03---2da ley de Kirchoff total:

VRS + VST + VTR = 0 = 229.90 + 228.4-120 + 229.8120

= 1.452556.582 0VOLTAJE REAL (V)VOLTAJE TEORICO (V)% Error

VRS229.92204.50

VST228.42203.82

VTR229.82204.45


IR2.5862.5920.23

IS2.1622.676919.23

IT2.032.314912.31

RECOMENDACIONES Revisar si en la llave tipo cuchilla, no haya fusible quemados para la que circule corriente por el circuito.

Conectar correctamente el vatmetro trifsico, la pinza amperimtrica y el multmetro para evitar que se malogren y no operen.

Ordenar los conectores, que no se junten para evitar un cortocircuito y cuidar el contacto de los miembros del grupo para que no sufran lesiones.

Se debe conectar de manera correcta los circuitos pedidos en el manual, para no tener posibles percances por descuido nuestro o de los que realizan la experiencia.

Tratar de trabajar con valores lo ms precisos posibles, debido a que estamos aproximando a circuitos trifsicos balanceados.

Procurar de que los elementos a utilizar sean desbalanceados, por ejemplo en la experiencia nos dieron un banco de condensadores de igual reactancia por lo que solicitamos otro banco y lo conectamos en paralelo para variar la impedancia.

OBSERVACIONES No pudimos hacer uso del cosfmetro debido a que ste slo serva para circuitos trifsicos balanceados; si intentbamos usarlo nos hubiese mostrado valores errneos.

En nuestra experiencia trabajamos con un restato, para obtener un resistencia variable, pero al tenerla mucha tiempo operando sala humo que era incomodo tanto para nosotros como para nuestros compaeros, por ende se recomienda tomar las mediciones lo ms rpido posible.

CONCLUSIONES Los instrumentos de medida son valores eficaces (caso multmetro, pinza amperimtrica) y valores activas (caso vatmetro trifsico).

El factor de potencia de un circuito de corriente alterna, es una relacin de la potencia activa P y la potencia aparente S.

El cosfmetro mide el factor de potencia (cos ) y tambin el ngulo .

Error absoluto, es la diferencia entre el valor de medida y el valor tomado como exacto.

Error relativo, es el cociente (divisin) entre el error absoluto y el valor tomado como exacto.

Concluimos que al aumentar cargas en paralelo, la corriente de lnea aumenta, esto podra provocar sobrecargas en los conductores.

Por ser cargas desbalanceadas las corrientes de lnea son diferentes, para una lnea la corriente puede ser alta y para otra baja; entonces en circuitos desbalanceados una lnea puede estar sobrecargada, mientras que otra no lo est; esto podra generar inconvenientes para detectar la falla de un circuito.

Las cargas desbalanceadas son ms fciles de resolver si la conexin se encuentra en tringulo, ya que se conoce el dato de las tensiones de lnea; por lo tanto si tenemos una carga con una configuracin en estrella, es conveniente transformarla a su equivalente en conexin tringulo.

Al realizar conexiones en serie, la corriente de fase disminuye, esto podra perjudicar a algunos equipos, ya que la potencia tambin disminuye.

BIBLIOGRAFIA Circuitos Trifsicos Desbalanceados [Sitio de Internet]Disponible en : http://circuitoselectricos2ea.blogspot.com/

Anlisis circuitos trifsicos desbalanceados [Sitio de Internet]Disponible en: http://dctrl.fi-b.unam.mx/practicas/circuitos/practica3.pdf

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