Practica 1

TEMA: Circuitos trifásicos balanceados y desbalanceados OBJETIVO   

Estudiar la relación existente entre el valor del voltaje y el de la corriente en circuitos trifásicos. Aprender cómo se hacen conexiones en delta y estrella. Calcular la potencia en circuitos trifásicos.

INTRODUCCIÓN Definiciones de conexiones en delta y en estrella, tensiones y corrientes de línea, fase y neutro. En la Figura 1 se muestran una conexión estrella-estrella, generador en estrella y carga en estrella y en la Figura 2 una carga en delta. Referirse a las denominaciones de corrientes y tensiones de fase, línea y neutro. Carga simétrica: las tres impedancias son iguales en módulo y ángulo. Sistema simétrico o balanceado: Generador balanceado y cargas balanceadas. Se puntualizará en cada una de estas conexiones y fundamentalmente se trabajará a partir de los terminales del generador, conociendo sus tensiones.

Circuitos trifásicos conectados en delta, balanceados y desbalanceados. Relaciones entre tensiones y corrientes de línea y fase. Analizando la Figura 3 y suponiendo conocidas las tensiones de línea del generador balanceado, Uab, Ubc y Uca mostradas en el diagrama fasorial de la Figura 4, iguales en amplitud y defasadas entre sí 1200 , es posible obtener las corrientes de fase Iab, Ibc e Ica, aplicando Ley de Ohm en cada fase de la carga (supuestas inductivas, esto es, corriente en atraso de la tensión).

Aplicando LKC en el nodo “a” de la Figura 3, se puede calcular la corriente de la línea “a”: Ia = Iab – Ica, que no depende de que la carga sea balanceada o desbalanceada. Si el sistema es simétrico o balanceado, generador y carga balanceadas, las corrientes de línea y de fase están balanceadas y por tanto, los corrientes de fase son iguales en módulo (igual amplitud) y desfasadas entre sí 120o . Entonces Ia se representa en el diagrama de la Figura 5, como el lado mayor de un triángulo isósceles de ángulo 120o y de lados módulos de corrientes de fase: I a = 2Iab cos300 = 2Iab √3 / 2 = √3 Iab y fasorialmente: Ia = √3 Iab ∠ - 300 . En circuitos trifásicos conectados en delta: Secuencia positiva (abc): Ia =Iab √3∠ - 300 Ib =Ibc √3∠ - 300 Ic =… Secuencia negativa (acb): Ia = Iab √3∠ + 300 Ib =… Ic =… INSTRUCCIONES A. EQUIPO, INSTRUMENTOS Y MATERIALES NECESARIOS •

Módulo de punto de alimentación

(0 120/208V/3Ǿ) •

Módulo de medición de c-a

(250/250/250V) •

EMS 8821

EMS 8426

Módulo de medición de c-a

(0.5/0.5/0.5A)

EMS 8425

•

Módulo de resistencia EMS 8311

•

Cables de conexión

EMS 8941

TRABAJO PREPARATORIO ACTIVIDADES A DESARROLLAR y considere estos datos para los cálculos pedidos.

a) Calcule el valor medio del voltaje de línea a línea de la figura 1. ELINEA A LINEA = Vca VMRS=208Vac Vmax =VRMS *√2 = 297,15 VM=

2∗ Vmax π 2∗ 297.15

VM=

π

VM = 189,17V b) Calcule el valor medio del voltaje línea al neutro de la figura 1. ELINEA A NEUTRO = Vca VMRS=120Vac Vmax =VRMS *√2 = 169.17 VM= VM=

2∗ Vmax π

2∗ 169,17 π

VM = 107,69 V

c) Calcule la relación entre el valor medio del voltaje de línea a línea y el valor medio del voltaje de la línea al neutro de la figura 1.

E LINEA A LINEA 189,15  1,75  107,69 E LINEA A NEUTRO

a) Calcule el valor medio del voltaje de carga de la figura 2. ECARGA= Vca ECARGA =120Vca b) Calcule la relación entre el valor medio del voltaje de línea a línea y el valor medio del voltaje de carga de la figura 2. E LINEA A LINEA 189.15   1.58 E CARGA 120

c) Calcule la potencia disipada por cada resistencia de carga de la figura 2. I1=0.5 A I2= 0.5A I3= 0.5A

P=V*I P=208*0.5 P1= 104W P2= 104W P3= 104W d) Calcule la potencia trifásica total

de la figura 2.

PT = P1 + P2 + P3 PT= 312W

a) Calcule el valor medio de la corriente de carga de la figura 3. ICARGA= Aca ICARGA =

0.5 3

 0.29 Aca

a) Calcule el valor medio de la corriente de línea de la figura 4. ILINEA= IFASE ILINEA= 0,5 Aca

b) Calcule la relación que hay entre el valor medio de la corriente de línea y el valor medio de la corriente de carga de la figura 3 y de la figura 4 respectivamente. I LINEA 0.5   1.72 I CARGA 0.29

c) Calcule la potencia disipada por cada resistencia de carga de la figura 4.

P=V*I P=120*0.5 P1= 60 W P2= 60W P3= 60W d) Calcule la potencia trifásica total

de la figura 4.

PT=P1+P2+P3 PT= 180 W

ACTIVIDADES A DESARROLLAR 1. a) Conecte el circuito que ilustra en la figura 1, utilizando los Módulos EMS de la fuente de alimentación y medición de c-a. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a neutro exactamente a 120V c-a (según lo indique el voltímetro de la fuente de alimentación). c) Mida y anote cada voltaje de línea a línea. E4 a 5= 205Vc-a E5 a 6= 205Vc-a E4 a 6= 208Vc-a 2. a) Vuelva a conectar los tres voltímetros con el fin de medir el voltaje de cada línea al neutro. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a neutro exactamente a 120V c-a (según lo indique el voltímetro de la fuente de alimentación). c) Mida y anote cada voltaje de línea al neutro. E4 a N= 118.5Vc-a E5 a N= 120.9Vc-a E6 a N= 120.9Vc-a d) Vuelva el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

3. e) Considere la relación

E LINEA A LINEA de la figura 1, y diga si es aproximadamente igual E LINEA A NEUTRO

a la raíz cuadrada de 3 (1.73) 1.73

4. a) Repita el procedimiento 1 y 2; pero en esta ocasión mida los voltajes desde las terminales de salida fija de la fuente de alimentación. E1 a 2= 217Vc-a E2 a 3= 217Vc-a E1 a 3= 220Vc-a

E1 a N= 128Vc-a E2 a N= 125Vc-a E3 a N= 128Vc-a b) ¿Son más o menos iguales los voltajes fijos de línea a línea y de línea a neutro? c) ¿Es monofásico o trifásico entre dos terminales cualesquiera? TRIFÁSICA 5. a) Conecte el circuito en estrella como se ilustra en la figura 2, usando los Módulos EMS de Resistencia y Medición de c-a. Utilice secciones de resistencia sencillas para las cargas R1, R2 y R3 No conecte el neutro del Módulo de Resistencia al neutro de la fuente de alimentación. b) Ajuste cada sección de resistencia a 400 Ohms. c) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-a. d) Mida y anote los voltajes y las corrientes que pasan por las tres resistencias de carga R1, R2 y R3

E1= 120Vc-a E2= 120.5Vc-a E3= 120.5Vc-a

I1 = 0.30Ac-a I2 = 0.30Ac-a I3= 0.30Ac-a e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) ¿Están más o menos, bien balanceados las corrientes y los voltajes?

SI

g) ¿Cuál es el valor medio de voltaje de línea a línea? (De acuerdo con el trabajo preparatorio del procedimiento 1 (a)) ELINEA A LINEA= 218Vc-a h) ¿La relación entre igual a la

3 (1.73)?

E LINEA A LINEA del procedimiento 2 literal (b), es aproximadamente E CARGA

SI

6. a)

Conecte el circuito en delta, ilustrado en la figura 3.

b)

Ajuste cada sección de resistencia a 400Ohms.

c)

Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 120V c-a. , línea a línea.

d) R3 .

Mida y anote los voltajes y las corrientes de las tres resistencias de carga R1, R2 y

E1= 120Vc-a E2= 120Vc-a E3= 120Vc-a

I1 = 0.29Ac-a I2 = 0.30Ac-a I3= 0.30Ac-a

e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) ¿Están más o menos balanceados los voltajes y las corrientes?

SI

7. a) Desconecte los tres medidores de corriente y conéctelos en serie con las terminales de la fuente de alimentación 4, 5 y 6. Reemplace los medidores de corriente que acaba de quitar con cables de conexión, como se indica en la figura 4. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 120V c-a. c) Mida y anote las corrientes de línea. I4 = 0.51Ac-a I5 = 0.50Ac-a I6= 0.50Ac-a

d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. i)

¿La relación entre

I LINEA del trabajo preparatorio, procedimiento 4 literal (b), es I CARGA

aproximadamente igual a la 3 (1.73)

SI

ANALISIS DE RESULTADOS Realizar un análisis comparativo entre los valores medidos y calculados Tabla 1. FIGURA 2.

FIGURA 3.

Valores

ELINEA A LINEA

ELINEA A NEUTRO

ECAGA

ILINEA

ICARGA

ELINEA A LINEA

ELINEA A NEUTRO

ECAGA

ILINEA

ICARGA

Calculados

208

120

120

0.5

0.29

120

120

120

0.5

0.29

Medidos

208

120.5

120.5

0.51

0.30

120

120

120

0.51

0.30