método de los tres voltimetros

Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos 2- 2015B

GUIA DE LABORATORIO No. 6. 1

1.1

TEMA:

MEDICIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS POR EL METODO DE LOS TRES VOLTÍMETROS.

OBJETIVOS a) Determinar experimentalmente el factor de potencia de circuitos eléctricos monofásico utilizando el método de tres voltímetros.  b) Comparar y dar la divergencia de los resultados obtenidos experimentalmente con los datos obtenido teóricamente.

1.2

MARCO REFERENCIAL

La impedancia de carga Z, cuyo factor de potencia se pretende determinar, se conecta en serie con una resistencia pura R de valor conocido y se miden las tensiones eléctricas VR  que se tiene en R, la VZ que en la carga Z e la tensión total VT  del circuito, por medio de voltímetros. Para que el factor de  potencia sea lo más exacto posible deben cumplirse las siguientes condiciones previas Que el valor de la resistencia resistencia R sea aproximadamente igual al valor de Z Que los voltímetros tengan una resistencia interna muy elevada.

Figura 1. Circuito de medición de factor de potencia y diagrama vectorial de tres voltajes.

Del diagrama vectorial la tensión total se determina por la ley del coseno. 2

2

 

2

VT  VR  VZ  2VRVZ c   o s    

y en función del complemento del ángulo  resulta: 2

2

 

2

VT  VR  VZ  2VRVZ c   o s    

En estas condiciones, se tiene que la tensión VR  está en fase con la corriente del circuito I; y la tensión en la impedancia de carga VZ, está desfasada en un ángulo  respecto a la tensión en VR . De de la ecuación de ley d el coseno de diagrama vectorial se puede expresar la sigui ente relación. 2

cos   

Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.

2

2

VT  VR  V Z 

2 V RV Z 

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2.1. PRE-LABORATORIO.- realizar las siguientes cálculos y la simulación mediante programas de cálculo y de simulación (MATHCAD, MATLAB, Scilab, PSPICE). Una fuente de 230 V suministra potencia a la carga de ZL=11+j4 Ω  a través de una línea de trasmisión que tiene una resistencia de 2 Ω. Determinar: a) la potencia promedio y la potencia aparente suministrada a la carga; b) la potencia promedio y la potencia aparente de perdida en la línea de transmisión; c) la potencia promedio y la potencia aparente suministrada por la fuente; d) el factor de  potencia por el cual opera la fuente. 1.3

MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS

Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán solicitadas oportunamente  por el estudiante de turno al encargado para la realización de la practica: Item Cantidad Descripción Código 1 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 4 A 2 1 Amperímetro analógicos de c.a. 5 A, 10 A. 3 4 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V 4 1 Frecuencímetro de 220 V 5 1 Osciloscopio de 2 canales y sus 2 sensores de tensión 6 1 Reóstato o resistencia de 0-42Ω, 5 A 7 Capacitor electrolítico de 20 uF, 600V 8 1 Multímetro digital para verificación de circuitos 9 1 Kit de cables flexibles 1x14 AWG ó 2.5 mm2 10 1 Inductor de potencia de 500mH. 1.4

PROCEDIMIENTO

a) Circuito medición de factor de poten cia en atraso Previamente seleccionar y medir sus parámetros constantes (valores teóricos) con medidor LCR la impedancia formada por un resistor y un inductor en serie. R [Ω]

L [mH]

f [Hz]

X L [Ω]

ZL [Ω]

ϕL [grados]

Luego armar el circuito de la Figura 2 con un resistor de R=42 Ω y una impedancia de carga de Zx formado por resistencia de R Ω e inductor L tener cuidado de dichos elementos soporten la tensión de 110 V y corrientes menores de 4 A.

Figura 2. Montaje del ensayo medición del factor de potencia a base voltímetros.

Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.

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Energizar el circuito hasta 110 V y registrar juego de 8 lecturas de los instrumentos:  No. 1 2 3 4 5 6 7 8

V [V]

IT [A]

IR  [A]

IZ [A]

Rexp   [Ω]

f [Hz]

XexpL [Ω]

ZexpL [Ω]

FPexp [pu]

 b) Circuito de medición de factor de potencia en adelanto: Previamente seleccionar los parámetros (valores constantes teóricos) y medir con medidor LCR registrando en el siguiente cuadro. R [Ω] C [uF] f [Hz] XC [Ω] ZC [Ω] ϕC [grados]

 Nuevamente armar el circuito de l a Figura 2 con un resistor de R=42 Ω y impedancia de carga de Zx en serie R=35 Ω  y C=25 uF; tener cuidado que dichos elementos soporten la tensión de 110 V y corrientes menores de 4 A. Energizar el circuito hasta 110 V y registrar juego de 8 lecturas de los instrumentos:  No. 1 2 3 4 5 6 7 8

1.5

1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6

V [V]

IT [A]

I R  [A]

IZ [A]

Rexp    [Ω]

f [Hz]

XexpC [Ω]

ZexpC [Ω]

FPexp [pu]

CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS Dibujar el fasorial correspondiente a los circuitos eléctricos ensayados de corriente alterna a escala adecuada de magnitud y de fase. En qué consiste el método de los tres voltímetros para hallar el factor de potencia? Explicar con detalle? Obtener la Potencia Activa, Reactiva y la Potencia Aparente experimentales y teóricas para cada una de las impedancias de carga Zx. Hallar la potencia activa absorbida en la carga Zx en forma teórica y compararla con experimental obtenida con la de lectura directa de los instrumentos dando el error absoluto porcentual. Obtener la Potencia activa y la Potencia Aparente experimentales que suministra la fuente a partir de los datos obtenidos en el laboratorio. Presentar en forma tabulada el error absoluto y el error relativo del método usado para la Potencia Activa de cada circuito.

Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.

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1.6

1.6.1 1.6.2

1.7

INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA Pesquisar que ocurre en las líneas de transmisión de e nergía si el factor de potencia no se conserva en el valor optimo. Investigar cómo se define el estudios de Sistema de líneas de transmisión flexible de corriente alterna FACTS.

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Plantea en forma personal clara y concisa de un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantea en forma personal y clara de un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las práctica de estas pruebas. 1.7.1

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía de consulta empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica como en el ejemplo siguiente. [1] Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku, “Fundamentos de circuitos eléctricos", McGraw Hill, 3ra. edición, 2006. [2] Cesar Castillo C. "Guía de laboratorios de Redes 2", Edición propia, 2013. ANEXO .

Moisés Carlos Tanca Villanueva, Dr. Ing.