Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

PRÁCTICA Nro. 9 MEDICIÓN DE POTENCIA Y FACTOR DE POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS BALANCEADOS CON CARGAS RESISTIVAS, CAPACITIVAS E INDUCTIVAS A. OBJETIVOS: 1.

Determinar en forma teórica y experimentalmente; las relaciones entre voltajes y corrientes en las líneas, voltajes y corrientes en las impedancias para cargas trifásicas resistivas, capacitivas e inductivas, balanceadas conectadas en delta y en estrella.

2.

Determinar en forma teórica y experimentalmente; el defasaje entre los voltajes de fase de una carga trifásica resistiva, capacitiva e inductiva balanceada conectada en estrella.

3.

Determinar en forma teórica y experimentalmente; el factor de potencia de una carga trifásica resistiva, capacitiva e inductiva balanceada conectada en estrella.

4.

Determinar en forma teórica y experimentalmente; la potencia activa consumida por una carga trifásica resistiva, capacitiva e inductiva balanceada, conectada en estrella y en delta, usando uno, dos y tres Vatímetros.

5.

Determinar en forma teórica y experimentalmente; la potencia reactiva suministrada a una carga trifásica resistiva, capacitiva e inductiva balanceada, conectada en estrella y en delta, usando un Vatímetro monofásico.

6.

Verificar en forma teórica y experimental el efecto de los capacitores sobre el factor de potencia de un motor trifásico de inducción operando en vacío.

7.

Verificar en forma experimental el efecto de cambiar dos fases en la conexión de un motor trifásico de inducción. (VER ACTIVIDAD 1)

B. PRE-LABORATORIO: Estudiar e investigar lo siguiente: 1.

Para los sistemas trifásicos balanceados, el concepto de: voltaje y corriente de línea, voltaje y corriente de fase, potencia trifásica activa, reactiva, compleja y aparente, factor de potencia, corrección del factor de potencia.

2.

Diseñar un circuito trifásico (VER MONTAJE 1) de las siguientes características: a) Carga resistiva balanceada conectada en estrella, formada por 3 lámparas incandescentes, con características nominales de 100 W y 120 V. b) Carga capacitiva balanceada conectada en delta, formada por 3 capacitores de 25 µF y 370 V. NOTA: Ambas cargas deben conectarse en paralelo.

3.

Especificar los instrumentos para medir: a) La corriente de línea consumida por las dos cargas conectadas en paralelo. b) La corriente de línea consumida por la carga en estrella. c) La corriente de línea consumida por la carga en delta. Página 1 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

d) La corriente de fase de cada impedancia de la carga en delta. e) La potencia consumida por el circuito trifásico mediante el método de los dos Vatímetros. f) La potencia reactiva trifásica mediante un Vatímetro monofásico. g) El factor de potencia. 4.

A partir de las características de la fuente y de los componentes de la carga: a) Resolver analíticamente el circuito. b) Determinar el valor de todos los parámetros eléctricos que se van a medir. c) Especificar la escala de los instrumentos a utilizar. d) Indicar en el método de los Vatímetros, ¿Cuál de los instrumentos dará una lectura negativa?

5.

Diseñar un circuito (VER MONTAJE 2) para medir en un motor trifásico de inducción, jaula de ardilla, con los devanados del estator conectados en estrella sin neutro y operando en vacío, los siguientes parámetros: a) Voltajes y corrientes de fase. b) Potencia activa. c) Potencia reactiva. d) Factor de potencia. NOTA: En el Laboratorio se cuenta actualmente con dos motores, se puede escoger cualquiera de ello para la actividad, y sus características son: a) Motor amarillo: VLínea = 208 V, VFase = 120 V, ILínea = IFase = 0,65 A, P = 30 W y f.p.= 0,128. b) Motor gris: VLínea = 208 V, VFase = 120 V, ILínea = IFase = 2 A, P = 120 W y f.p.= 0,164.

6.

Determinar el factor de potencia con el cual operará en vacío el motor seleccionado, si se le conecta un grupo de capacitores de 25 µF, 370 V conectados en paralelo en: a) Delta (VER MONTAJE 3). b) Estrella (VER MONTAJE 4).

IMPORTANTE: Todos los cálculos de los diseños anteriores deben estar contenidos dentro de las “Actividades de Laboratorio” donde ello se indica, y las tablas con los “Valores Teóricos” deben de estar debidamente llenas, antes de comenzar los montajes y las actividades propias del Laboratorio. NOTA: Se debe tomar en cuenta los parámetros limitantes de la fuente, de los componentes y de los instrumentos y equipos de medición para el diseño de los diferentes circuitos. C. ACTIVIDADES DE LABORATORIO: MONTAJE 1: Armar el circuito trifásico conformado por la carga resistiva y capacitiva. Invierta las conexiones de la bobina amperimétrica del Vatímetro que según el análisis circuital daría una lectura negativa. Página 2 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

Previa revisión y autorización del Técnico ó del Profesor, conecte la fuente y efectúe las siguientes mediciones: a) Corriente de línea consumida por las dos cargas conectadas en paralelo. (I1A, I1B y I1C) b) Corriente de línea consumida por la carga en estrella. (I2A, I2B y I2C) c) Corriente de línea consumida por la carga en delta. (I3A, I3B y I3C) d) Corriente de fase de cada impedancia de la carga en delta. (I4AB, I4BC y I4CA) e) Lectura del Vatímetro 1. (LW1) f) Lectura del Vatímetro 2. (LW2) g) Lectura del Vatímetro asterisco. (LW*) En base a las mediciones anteriores calcular: a) La potencia activa consumida por el circuito 3Ø mediante el método de los 2 Vatímetros. b) La potencia reactiva consumida por el circuito 3Ø mediante el método de los 2 Vatímetros. c) La potencia reactiva consumida por el circuito 3Ø mediante un Vatímetro W* monofásico. d) La potencia compleja trifásica. e) El factor de potencia. DETERMINACIÓN LA DE POTENCIA TRIFÁSICA Potencia Activa: “Método de los dos Vatímetros” Página 3 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

P3Ø = LW1 + LW2 Potencia Reactiva: “Método de los dos Vatímetros” Q3Ø = √3 × (LW2 – LW1) Potencia Reactiva: “Método del Vatímetro asterisco” Q3Ø = √3 x LW* Potencia Compleja: S3Ø = P3Ø + jQ3Ø = |S3Ø| ∟θ Donde:

|S3Ø| = √( P3Ø2 + Q3Ø2) θ = tan-1 (Q3Ø ÷ P3Ø)

Factor de potencia: f.p.= P3Ø ÷ | S3Ø | = cosθ

REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS Corrientes

Valores Experimentales

I4AB

Condensadores

I4BC

Corrientes de Fase

I4CA I3A

Condensadores

I3B

Corrientes de Línea

I3C I2A

Lámparas

I2B

Corrientes de Fase

I2C I1A

Totales

I1B

Corrientes de Línea Potencia

Valores Teóricos

I1C LW1

LW2

P3Ø

Q3Ø

S3Ø

LW*

Q3Ø

f.p.

Valores Teóricos Valores Experimentales Página 4 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

MONTAJE 2: Armar el circuito del motor trifásico de inducción en vacío. Previa revisión y autorización del Técnico ó del Profesor, conecte la fuente y observe el sentido de giro del motor. Realice las mediciones siguientes: a) Voltajes y corrientes de fase b) Lectura del Vatímetro 1. (LW1) c) Lectura del Vatímetro 2. (LW2) En base a las mediciones anteriores calcular: a) Potencia Activa b) Potencia Reactiva. c) Factor de potencia.

REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS Valores Teóricos

Valores Experimentales

VAN VBN VCN IA IB IC LW1 LW2 Página 5 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

Valores Teóricos

Valores Experimentales

P3Ø Q3Ø S3Ø f.p. ACTIVIDAD 1: En el circuito intercambie dos fases en la conexión del motor. Previa revisión y autorización del Técnico ó del Profesor, conecte la fuente y observe el sentido de giro. Compáralo con el observado anteriormente. MONTAJE 3: Armar el circuito colocando en paralelo con los bornes del motor, un grupo de capacitores de 25 µF, 370 V en DELTA.

Previa revisión y autorización del Técnico ó del Profesor, conecte la fuente y mida: a) Corriente de línea consumida por el motor y los capacitores. (I1A, I1B y I1C) b) Corriente de fase consumida por el motor. (I2A, I2B y I2C) c) Corriente de línea consumida por los capacitores. (I3A, I3B y I3C) d) Corriente de fase consumida por los capacitores. (I4AB, I4BC y I4CA) e) Lectura del Vatímetro 1. (LW1) f) Lectura del Vatímetro 2. (LW2) En base a las mediciones anteriores calcular: a) Potencia activa consumida por el circuito trifásico mediante el método de los 2 Vatímetros. Página 6 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

b) Potencia reactiva consumida por el circuito trifásico mediante el método de los 2 Vatímetros. c) Potencia compleja trifásica d) Factor de potencia. MONTAJE 4: Repita la operación anterior, pero conectando los capacitores en ESTRELLA.

REALIZAR AQUÍ LOS CÁLCULOS, PARA LUEGO PODER LLENAR LA TABLA CON LOS VALORES TEÓRICOS Capacitores en Delta Teóricos

Experimentales

Capacitores en Estrella Teóricos

Experimentales

I1A I1B I1C I2A I2B I2C I3A I3B Página 7 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

Capacitores en Delta Teóricos

Experimentales

Capacitores en Estrella Teóricos

Experimentales

I3C I4AB I4BC I4CA LW1 LW2 P3Ø Q3Ø S3Ø f.p. D. POST-LABORATORIO: CÁLCULOS: 1.

Calcular el factor de potencia a partir de las lecturas del método de los dos Vatímetros.

2.

Calcular la potencia reactiva trifásica a partir de la lectura del Vatímetro Monofásico W*. (Incluir el diagrama fasorial, base de este cálculo)

3.

Hallar la diferencia de los valores de potencia y factor de potencia determinados experimentalmente con los valores teóricos.

4.

Calcular la potencia como producto de la corriente conjugada por el voltaje, y compararla con los valores teóricos y experimentales.

5.

Calcular con cual conexión (DELTA o ESTRELLA) de los capacitores es más efectivo la corrección del factor de potencia en el circuito del motor de inducción.

CUESTIONARIO: 1.

¿Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales de potencia trifásica en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa.

2.

¿Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales del factor de potencia en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa.

3.

¿Cuál es la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales del defasaje entre los voltajes de línea y de fase en los circuitos diseñados? Escribir una tabla comparativa.

4.

¿Cómo se determina la potencia reactiva de los circuitos diseñados?

5.

¿Cómo se determina la potencia compleja de los circuitos diseñados?

6.

¿Cuál es la relación experimental entre la corriente de línea y la corriente de fase en la impedancia de la carga conectada en delta? Razonar el resultado. Página 8 de 9

Guía de Laboratorio de Electrotecnia Práctica Nro. 09

7.

¿Cuál es la relación experimental entre el voltaje de línea y el voltaje de fase en la impedancia de la carga conectada en estrella? Razonar el resultado.

8.

¿Cuál es la diferencia porcentual, entre la potencia reactiva medida con el Vatímetro monofásico W* y la calculada teóricamente?

9.

Describir el efecto del grupo de condensadores conectados en estrella sobre: a) La corriente de fase del motor. b) La potencia reactiva suministrada por la fuente. c) La potencia activa consumida por el motor.

10. Describir el efecto en el motor al intercambiar dos conexiones del mismo. 11. Dibujar el diagrama fasorial del circuito trifásico resistivo – capacitivo (VER MONTAJE 1), en donde aparezcan los valores teóricos y experimentales de corrientes de línea y de fase, voltajes de línea y de fase.

Página 9 de 9