Guía de Laboratorio N°3

 

GUÍA N° 3 – 3  – Circuitos Trifásicos FACULTAD

CURSO

AMBIENTE

Ingeniería

Análisis de circuitos en

Laboratorio de Máquinas

corriente alterna

Eléctricas y de Potencia

ELABORADO POR Arturo Pacheco Vera APROBADO POR ---------------VERSIÓN 001 FECHA DE APROBACIÓN -----------------

1.  1.  LOGRO GENERAL DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Al final de la unidad el estudiante podrá analizar el comportamiento de los circuitos polifásicos.

2.  OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA PRÁCTICA 2.         

Identifica los circuitos trifásicos y como resolver circuitos trifásicos balanceados.



Conoce la diferencia entre tensiones y corrientes de línea y de fase. Identifica circuitos trifásicos conectados en delta y en estrella. Calcula la potencia en circuitos trifásicos.



 

3.   MATERIALES Y EQUIPOS 3. Equipo Modelo Descripción

Cantidad

8131

Puesto de trabajo

1

8311

Carga resistiva

1

8321

Carga inductiva

1

8331

Carga capacitiva

1

8951

Juego de cables de conexión

1

8221

Fuente de alimentación

1

Computadora

1

Interfaz de adquisición de datos

1

9063

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4.  4.  PAUTAS DE SEGURIDAD

a. 

El laboratorio cuenta con señalética de prohibiciones, seguridad y emergencia, los cuales deben ser respetados por docentes y alumnos.

b. 

Los alumnos deberán llegar puntualmente a la l a sesión de laboratorio.

c. 

Durante las actividades prácticas no se permitirá:   

  Descortesías hacia los compañeros, instructores, docentes y personal de apoyo.   Burlas en plena práctica y que se utilice un vocabulario indebido.   Que los alumnos deambulen de un lado para otro sin motivo y que corran dentro del laboratorio.

 j. 

Los alumnos deben maniobrar los equipos de acuerdo a las indicaciones del docente y las contenidas en esta guía.

m.

Todo el grupo de trabajo es responsable por por la rotura y/o deterioro del material entregado y/o equipos del laboratorio durante el desarrollo de las prácticas.

n.

Si algún suministro sufriera daño, el grupo de trabajo responsable deberá reponer dicho

suministro, ya que el mismo estuvo bajo su responsabilidad durante el desarrollo de las prácticas. 9.1 Vestimenta y equipos de protección para las prácticas en los laboratorios b. Para los laboratorios de Electrónica General, Máquinas Eléctricas y de Potencia, Control y Automatización, Internet de las Cosas, Sistemas Biomédicos y Mecatrónica, Robótica y CNC, se recomienda como parte de una cultura de identificación y prevención, que los alumnos usen guardapolvo, mientras se esté ejecutando alguna práctica dentro del laboratorio. Para los asistentes el uso de guardapolvo azul será obligatorio. d. Para los laboratorios de Mecatrónica, Robótica y CNC, Control y Automatización y Máquinas Eléctricas y de Potencia, el uso de zapatos de seguridad con suela de alta resistencia eléctrica y punta reforzada obligatorio.

Referencias: Protocolo de Seguridad para los Laboratorios del Departamento Académico Académico de Sistemas y del Departamento Académico de Electrónica (Pág. 8-10 -11).

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5. 5.   FUNDAMENTO BÁSICO Un generador de ca diseñado para desarrollar un solo voltaje senoidal por cada rotación del rotor se denomina generador de ca monofásico. Si el número de bobinas sobre el rotor se incrementa de manera específica, el resultado es un generador polifásico de ca, el cual desarrolla más de un voltaje de fase de ca por rotación del rotor. En este capítulo será discutido con todo detalle el sistema de tres fases, comúnmente llamado trifásico, ya que es el más frecuentemente usado para transmisión de potencia. En general, para la transmisión de potencia, los sistemas trifásicos son los preferidos sobre los sistemas de una fase, o monofásicos, por muchas razones, incluidas las siguientes:

1. Pueden usarse conductores más delgados para transmitir los mismos kVA al mismo voltaje, lo que reduce la cantidad de cobre requerido (típicamente cerca de 25% menos) y a su vez baja los costos de construcción y mantenimiento.

2. Las líneas más ligeras son más fáciles de instalar, y las estructuras de soporte pueden ser menos masivas y situarse a mayor distancia una de otra. rranque 3. Los equipos y motores trifásicos tienen características preferidas de operación y aarranque comparadas con los sistemas monofásicos debido a un flujo más uniforme de potencia al transductor del que puede lograrse con un suministro monofásico.

4. En general, la mayoría de los grandes motores son trifásicos po porque rque son esencialmente de autoarranque y no requieren un diseño especial o circuitería adicional de arranque.

MAGNITUDES DE FASE Denominamos tensiones y corrientes de fase de un sistema trifásico de tres elementos -tres generadores o tres cargas-, a las tensiones que hay entre sus extremos y a las corrientes que circulan por cada uno de los tres elementos, respectivamente. Las magnitudes de fase dependen de la forma en que estén conectados los tres elementos de un sistema trifásico, estrella o triángulo, como veremos en los apartados siguientes. Los valores eficaces de las tensiones y de las corrientes de fase en un sistema equilibrado se van a denominar VF e IF, respectivamente. En el caso de un sistema trifásico de impedancias, dado que estas magnitudes son las tensiones entre sus extremos y las corrientes que circulan por ellas, se guarda la ley de Ohm entre las tensiones y corrientes de fase.

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6. 6.   100000I34N Análisis de circuitos en corriente alterna Guía N° 3 – rev0001

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6.  6.  PROCEDIMIENTO (DESARROLLO DE LA PRÁCTICA)   6.1 Configure el circuito mostrado en la figura 1.  

Figura 1. Mediciones de tensiones de línea y de fase.

6.2 Encienda la computadora, luego inicie el software LVDAC-EMS. En la ventana de arranque de LVDAC-EMS, asegúrese de que se detecta la interfaz de adquisición de datos y de control. Verifique que esté disponible la función instrumentación computarizada  para la interfaz de adquisición de datos y de control, seleccione la tensión y frecuencia de red que corresponde a la red de potencia CA local, luego haga clic en el botón aceptar para cerrar la ventana de inicio de LVDAC- EMS. En el software LVDAC- EMS, inicie la aplicación Aparatos de medición. ajuste los medidores para observar los valores eficaces (rms) (ca) de las tensiones en las entradas E1, E2 y E3 de la interfaz de adquisición de datos y de control. Haga clic en el botón Regeneración continua  para activar la actualización continua de los valores indicados por los diferentes medidores de la aplicación aparatos de medición

6.3 Mida y registre a continuación las tensiones de fase medidas en la fuente de potencia CA trifásica. trifásica.   E1-N = E2-N =  E3-N= Ejemplo: Determine el valor promedio de las tensiones de fase.

    =  

1−  2−  − =  3

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LVDAC-EMS, inicie elColpitts osciloscopio y luego haga clic figuraciones 6.4   En el software Objetivo A. Identificar un oscilador de radiofrecuencia (RF) y medir apropiadas los voltajespara de observar las formas de onda de las tensiones de fase correspondientes a las entradas E1, E2 y E3.

operación.

El desplazamiento de fase, o desfasaje, entre cada onda seno de tensión de la Fuente de potencia CA trifásica, ¿es igual a 120°?

Implementar el circuito oscilador Colpitts de la figura 1. El circuito tanque LC consiste en la Respuesta: inductancia L1 conectada en paralelo con la capacitancia de los condensadores C4 y C5 conectados

6.5 el software LVDAC-EMS el osciladora analizador de luego desde haga clic configuraciones apropiadas en En serie. La inductancia de la inicie bobina L1 fasores, puede variar aproximadamente 300 a 400 para observarel lostornillo valores de de tensión de faseen correspondientes a lasde entradas E1, E2 metálica. y E3.  μH girando sintonización la parte superior la cubierta Al girar el

tornillo en sentido horario se aumenta la inductancia, en tanto que girándolo en sentido contrario

El desplazamiento de desfase entre cada fasor de tensión de la Fuente de potencia CA trifásica, ¿es igual se disminuye la inductancia. Al ajustar L1, asegúrese de no forzar el tornillo más allá de su rango a 120°?

normal. Siempre debe de utilizar una herramienta especial de sintonización llamada neutralizador para ajustar las inductancias, debido a que el metal de un destornillador ordinario afecta la Respuesta: inductancia y da valores erróneos. La bobina L1 tiene un devanado adicional (entre el terminal D y

6.6  Modifique las como conexiones de las entradas de tensión las tensiones de línea de ladefuente f uente de tierra) que sirve acoplamiento de salida para la para s eñalmedir señal del oscilador. La capacitancia C4 y C5 potencia ca trifásica, luego encienda esta fuente en la fuente de alimentación. Mida y registre la en serie es de 98  pF; pero cuando se agrega la capacitancia parásita externa entre las conexiones y continuación las tensiones de línea de la fuente de potencia ca trifásica. Apague esta última. las puntas del circuito, se puede suponer que es aproximadamente 100  pF. Conecte un puente 1−2 = entre el condensador de retroalimentación C3 (punto A) y la unión entre C4 y C5 (punto C). = es necesario el condensador C3 de retroalimentación en un oscilador Colpitts, pero 2−no Realmente

2− = con la operación del oscilador. Todavía no aplique energía al circuito. no interfiere Determine el valor promedio de las tensiones de línea

í     =

1−2  2−  −1 =  3

6.7 Calcule la relación entre la tensión de línea í  promedio y la tensión de fase  promedio. 

í  =    La relación entre la tensión de línea ELínea promedio y la tensión de fase EFase promedio calculada en el punto anterior, ¿es aproximadamente igual a 1.73 (√3)? 

Respuesta:

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CONEXIÓN ESTRELLA 6.8 Configure el circuito trifásico resistivo conectado en estrella mostrado en la figura 2. Asegúrese de hacer los ajustes necesarios en el módulo carga resistiva para obtener los valores de resistencia requeridos. El apéndice C lista los ajustes requeridos en la carga resistiva para poder obtener diferentes valores de resistencia.

+ E1 +

L1

R1 I1

+ E4

L2

+

+

E2

R2 I2

+

E3

R3

L3

+

I3

+

I4

Figura 2: Circuito trifásico conectado en estrella alimentando una carga resistiva trifásica

Red de potencia ca local Tensión (V)

Frecuencia (Hz)

R1 (Ω) 

120 220 240 220

60 50 50 60

300 1100 1200 1100

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R2 (Ω) 

R3 (Ω) 

300 1100 1200 1100

300 1100 1200 1100

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6.9 Mida y registre a continuación las tensiones y corrientes del circuito de la figura 2. Luego apague la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. 

1  = 2  =   =  = 1  = 2  =   =  = Ejemplo:

6.10  Compare las tensiones de carga individuales Er1, Er2 y Er3, medidas en el paso anterior. ¿son aproximadamente iguales?

6.11  Compare las corrientes de carga individuales Ir1, Ir2 e Ir3 medias en el paso anterior. ¿son aproximadamente iguales?

¿esto significa que la carga trifásica esta balanceada?

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6.12  Calcular la tensión de fase Efase promedio utilizando las tensiones de fase registradas en el  punto 6.9

  =

1+2+ 

= 

La relación entre la fase de línea

  y la tensión de fase   . ¿es

aproximadamente igual a √ 3 3..?

     

=

La corriente In que fluye en el neutro. ¿es aproximadamente igual a cero?

6.13 Desconecte el neutro luego encienda la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. La desconexión del neutro. ¿afecta las tensiones y corrientes medidas que se indican en la ventana aparatos de medición? En un circuito trifásico conectado en estrella ¿se requiere el conductor neutro?

6.14 Apague la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación. Calcule la potencia activa disipada en cada fase del circuito y la potencia activa total Pt que el mismo disipa utilizando las tensiones y corrientes registradas en el paso 6.9.

6.15 Calcule la corriente de fase Ifase promedio utilizando las corrientes de fase registradas en el paso 6.9. Ifase promedio= (I R1+I R2+IR3)/3=

6.16 Calcule la potencia activa total P t  disipada en el circuito utilizando los valores promedio de las tensiones de fase EFASE y la corriente de fase I FASE y compare el resultado con la potencia activa total P t calculada en el paso 6.14. ¿ambos valores son aproximadamente iguales? Pt = 3 (EfASE*IfASE ) =

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CONEXIÓN TRIÁNGULO 6.17 Configure el circuito trifásico resistivo conectado en triangulo que se muestra en la figura 3. L1

+ I1

I3

+ R1

E1

L2

+ I2

+

E3

R2

E2

R3

+

L3

  Figura 3: Circuito trifásico conectado en triángulo alimentando una carga resistiva trifásica

Red de potencia ca local Tensión Frecuencia (V) (Hz) 120 60 220 50 240 50 220 60

R1 (Ω) 

R2 (Ω) 

R3 (Ω) 

300 1100 1200 1100

300 1100 1200 1100

300 1100 1200 1100

fi gura 3, luego 6.18 Mida y registre a continuación las tensiones y corrientes del circuito de la figura apague la fuente de potencia ca trifásica de la fuente de alimentación.  No deje encendida la fuente de potencia ca trifásica mucho tiempo ti empo porque la potencia disipada  por los resistores excede sus características normales. 1 = 1 =

2 =  =

2 =  =

Ejemplo:

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6.19 Compare las tensiones de carga individuales 1 , 2  y   medidas en el paso anterior. ¿son aproximadamente iguales?  Compare las corrientes de carga individuales 1 , 2  y   medias en el paso anterior ¿son aproximadamente iguales? Esto significa que la carga esta balanceada

6.20 Calcule la corriente de fase   utilizando los valores de corriente de fase registrados en el paso 6.18.

      =

1  2   =  3

Ejemplo:

6.21 Reconecte las entradas de los medidores I1, I2 e I3 para medir las corrientes de línea del circuito trifásico conectado en triángulo, como se muestra en la figura 4. 4 . 

Figura 4. Medición de la corriente de línea en un circuito trifásico conectado en triángulo.  

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6.22 Mida y registre a continuación las corrientes de línea del circuito de la figura 4, luego apague la fuente de potencia CA trifásica de la fuente de alimentación. Finalmente, determine el valor promedio de las corrientes de línea.

Atención:No deje encendida la fuente de potencia CA trifásica mucho tiempo porque la potencia disipada por los resistores excede sus características nominales. 

í1 =  í2 =  í =  í     =

í1  í2  í =  3

6.23 Calcule la relación entre la corriente de línea í  promedio del paso anterior y la corriente de fase   promedio registrada en el paso 6.20.

í  =    ¿La relación es aproximadamente √ 3? 

6.24 Calcule la potencia activa disipada en cada fase del circuito y la potencia activa total P T  que el mismo disipa, utilizando las tensiones y corrientes registradas en el paso 6.18.

1 = 1 ∗ 1 =  2 = 2 ∗ 2 =   =  ∗  =   = 1  2   =  6.25 Calcule la tensión de fase   promedio utilizando las tensiones de fase registradas en el paso 6.18

      =

1  2   =  3

6.26 Calcule la potencia activa total PT disipada en el circuito utilizando la tensión de fase E Fasepromedio registrada en el paso anterior y la corriente de fase I Fase  promedio registrada registrada en el paso 6.20 y compare el resultado con la potencia activa total P T calculada en el paso 6.24. ¿ambos valores va lores son aproximadamente iguales?

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7.  7.  ENTREGABLES

7.1 Explique la diferencia entre la tensión de fase y la tensión de línea en un circuito trifásico? t rifásico? 7.2 En un circuito trifásico conectado en estrella, ¿Cuál es la relación entre las tensiones de línea y de fase y entre las corrientes de línea y de fase? 7.3 En un circuito trifásico conectado en triangulo ¿Cuál es la relación entre las tensiones de línea y de fase y entre las corrientes es de línea y de fase? 7.4 La tensión de fase   medida en una carga resistiva trifásica balanceada conectada en estrella es 80V. Calcule la tensión de línea   así como la corriente In que fluye en el neutro. 7.5 En un circuito trifásico resistivo balanceado conectado en triangulo, la tensión de fase   es 120V y la corriente de línea   es 3.46A. Calcule la potencia activa total    en el circuito. 7.6 Indique como mínimo 5 observaciones y conclusiones de la práctica realizada.

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EQUIPOS A UTILIZAR EN EL LABORATORIO

8.   FUENTES DE INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA 8. https://www.youtube.com/watch?v=xbcQFXr9Fdk   https://www.youtube.com/watch?v=xbcQFXr9Fdk

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