Informe 1 - Medicion de Potencia Trifasica

UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Lugar: UJAP – Lab. 4530 Página: 1 de 15

Emisión: 2015-03-19 Entrega: 2015-03-26

Elaborado por :

MARILUZ YIP, ENMANUEL

TORRES, LUIS BAUTISTA

Prof.: Irahís

Rodríguez

INFORME Nº 1: Medición de Potencia Trifásica

1. Introducción En sistemas trifásicos, se tienen tres cargas que pueden estar conectadas tanto

en delta como en estrella. Al ser un sistema trifásico, tendremos corrientes

trifásicas, y es aquí donde se tendrán tensiones de línea, estas tienen que ser

medidos con precisión para poder determinar cuánta cantidad de energía se

consume en la carga del sistema.

En esta práctica se podrá a prueba el método de los dos vatímetros,

que es un instrumento que mide la corriente en dos de las tres líneas a través

de unas bobinas conectadas en serie, y dos de las tensiones de las líneas

mencionadas con respecto a la tercera línea (Bobina en paralelo).

Desde allí, la potencia total de las líneas, sin tener en cuenta el equilibrio

de las variaciones de intensidad, tensión o de carga, se puede deducir con

exactitud.

Cabe destacar que un vatímetro es un dispositivo que se utiliza para

medir la cantidad de energía eléctrica en vatios en un circuito eléctrico. El

método de dos vatímetros se utiliza comúnmente en las cargas trifásicas.

El vatímetro: Es un instrumento utilizado para medir la potencia activa. Su

funcionamiento consiste en dos bobinas, una fija de corriente y otra de voltaje

móvil que es capaz de girar en el interior del campo magnético que produce

la bobina de fija. Donde la bobina de corriente se conecta en serie al circuito

para que la corriente que circula a través de la carga también la atraviese. La

bobina de voltaje contiene una resistencia muy alta lo que dificulta la

circulación de corriente a través de ella sin embargo la corriente que circula

por esta bobina, es proporcional al voltaje de la carga y en consecuencia la

bobina de voltaje gira contra un muelle helicoidal cilíndrico y su par torsión es

proporcional al producto de la corriente y el voltaje.

Fig.: 1: circuito equivalente a la medición de potencia con un vatímetro

-Fórmulas 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑝) = 1,73 (𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑)

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑠) = 1,73 (𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎)

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑄) = √𝑆2 + 𝑃2

Bobina de

corriente Bobina

de

voltaje

carga






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Método de los dos vatímetros para la medición de potencia

trifásica

Fig. 2: Circuito equivalente con método de los 2 vatímetros.

2 Laboratorio

1. Instalación de los siguientes módulos: Fuente de alimentación, interfaz de

adquisición de datos, la carga resistiva, carga capacitiva.

2. El Interruptor principal de la fuente de alimentación se encuentre en la

posición cero (Apagado), y la perrilla de control de voltaje de salida este

totalmente fijada a la izquierda (0%). Ajuste el selector del voltímetro en la

posición 4-5

Fig. 3: Circuito resistivo trifásico

3. Monte el circuito resistivo trifásico conectado en estrella, Conecte I1, I2, I3 y E1,

E2, E3 como se muestra en la Figura 3, para medir las corrientes y voltajes.

Vatímetro1

Vatímetro 2

Carga

Carga

Carga






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4. Mida los voltajes y corrientes del circuito y apague la fuente

ER (Volts) IR (Amp)

L1 124,4 0,415

L2 124,4 0,415

L3 124,4 0,415

5. Calcule la potencia activa que consume cada fase del circuito y la potencia

total que consume la carga

Resultados de la Potencia Activa

PR1=ER1*IR1

PR1=124.4* 0.415

PR1= 51.62W

PR2=ER2*IR2

PR2=124.4* 0.415

PR2=51.62W

PR3=ER3*IR3

PR3=124.4* 0.415

PR3=51.62W

Ptotal=PR1+PR2+PR3

Ptotal=51.62 + 51.62 + 51.62

Ptotal=154.87W

6. Determine los valores promedios de voltaje de corriente en la carga.

Promedio Ecarga= 𝑬𝑹𝟏+𝑬𝑹𝟐+𝑬𝑹𝟑

𝟑

Promedio Icarga =𝑰𝑹𝟏+𝑰𝑹𝟐+𝑰𝑹𝟑

𝟑

Promedio Ecarga=𝟑 𝒙 𝟏𝟐𝟒.𝟒 𝑽

𝟑

Promedio Icarga =𝟑 𝒙 𝟎.𝟒𝟏𝟓

𝟑

Promedio Ecarga=124.4 V Promedio Icarga=0.415 A






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7. Resulta el voltaje promedio de la carga aproximadamente √𝟑 veces menor

que el voltaje de línea ajustado en la etapa 6?

R: Si

8. Calcula la potencia total utilizando el voltaje y la corriente de línea.

Ptotal=√3 (Elinea*Ilinea)

Ptotal=√3 (215.4*0.4)

Ptotal=149.23 W

Compare la potencia total hallada en la etapa 8 con la potencia calculada

utilizando el voltaje y corriente de línea ¿Son aproximadamente iguales?

R: Si por que la potencia activa total consumida del circuito es igual a la

suma de las potencia por carga.

9. Montar el siguiente circuito de la Figura 4, para medir la potencia total de la

carga empleado el método de los dos vatímetros.

Fig. 4: Circuito

10. Enciendo la fuente de alimentación y, si es necesario, ajuste de nuevo Es

para tener el valor utilizado previamente. Y la potencia aparente total del

medidor programable.






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𝑃𝑄𝑆1 = 77,37 𝑊 𝑃𝑄𝑆2 = 77,37 𝑊

𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑄𝑆1 + 𝑃𝑄𝑆2 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 154.74 𝑊

𝑃𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 154.82 𝑉𝐴

11. Compare los resultados de las mediciones, de la etapa 13 con los resultados

obtenidos en la etapa 8 y 11. ¿Resulta la potencia total es aproximadamente

la misma en todos los casos?

R: Si, por que se tiene una carga equilibrada

12. Se adiciona al circuito de los dos Vatímetros un condensador de impedancia

de 300Ω conectado en paralelo a las cargas como se muestra en la figura 5..

Fig. 5: Circuito con condensadores.






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13. Mida el Voltaje y la corriente de línea y anote las potencias totales aparente

activa y reactiva que indica los medidores programables A, B, C,

respectivamente. Luego apague la fuente de alimentación.

14. Calcule la Potencia Aparente Consumida por la carga y el cos ɞ

𝑃𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = √3 (𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎) = 218.25 𝑉𝐴

𝑐𝑜𝑠 ɞ = 𝑃𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.709

15. Utilice el cos ɞ para calcular Pactiva y compare el resultado con la potencia

activa con la etapa 13.

PActiva = √3 (Elinea*Ilinea * cos ɞ) = 156.001 W

Los resultados reflejado son aproximadamente los mismo ya con el valor del

ángulo comprobamos que los valores teorico y experimentados se aproximan

del valor real.

16. Determine la Potencia reactiva empleando los valores de P. aparente y P.

activa

𝑃𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = √(𝑆^2 ) − 𝑃^2 = 143.77 𝑉𝑎𝑟𝑠

Si se aproximan a los resultados los valores teóricos con los que refleja el

instrumento de medición.

17. Monte el circuito resistivo trifásico conectado en triangulo, Conecte I1,I2,I3 y

E1,E2,E3 como se muestra en la Figura #6, para medir las corrientes y voltajes.






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Fig. 6: Circuito

18. Calcule la potencia activa que consume cada rama del circuito y la

potencia total que consume la carga.

PR1=ER1 * IR1

PR1=130.4 * 0.441

PR1= 57.5W

PR2=ER2 * IR2

PR2=130.7 * 0.433

PR2=56.59 W

PR3=ER3*IR3

PR3=131.7 * 0.443

PR3=58.34 W

Ptotal=PR1+PR2+PR3

Ptotal= 57.5+56.59+58.34

Ptotal= 172.43W

19. Calcule la potencia total utilizando el voltaje y la corriente de línea.

Ilinea=√3 ∗ 𝐼𝑅1+𝐼𝑅2+𝐼𝑅3

3= 0.7605 𝐴𝑚𝑝

PActiva = √3 (Elinea*Ilinea * cos ɞ) = 171.51 W






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Si se aproximan a los resultados los valores teórico con los que refleja el


20. Montar el siguiente circuito de la Figura #7, para medir la potencia total de la

carga empleado el método de los dos vatímetros.

Fig. 7: Circuito

21. Encienda la fuente de alimentación y, si es necesario, ajuste nuevamente ES

para obtener el valor utilizado previamente. Anote las mediciones de los

medidores PQS1 y PQS2 y del medidor programable B. Luego apague la

fuente.

22. El valor medido de Pactiva ¿resulta aproximadamente el mismo que aquel

calculado en las etapas 18 y 19?

Si son iguales ya que se está trabajando con una carga equilibrada.

23. Se adiciona al circuito de los dos Vatímetros un condensador de impedancia

de 300Ω conectado en paralelo a las cargas como se muestra en la figura #

8.






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Fig. 8: Circuito

24. Mida el Voltaje y la corriente de línea y anote las potencias totales aparente

activa y reactiva que indica los medidores programables A, B, C,

respectivamente. Luego apague la fuente de alimentación.

25. Calcule la Potencia Aparente Consumida por la carga y el cos ɞ

𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = √3 (𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎) = 241.34 𝑉𝐴

𝑐𝑜𝑠 ɞ = 𝑃𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑃𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.71

26. Utilice el cos ɞ para calcular PActiva y compare el resultado con la potencia

activa con la etapa 24.

𝑃𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = √3 (𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 ∗ 𝑐𝑜𝑠 ɞ) = 171.48 𝑊

Los resultados reflejado son aproximadamente los mismo ya con el valor del

ángulo comprobamos que los valores teórico y experimentados se aproximan

del valor real.

27. Determine la PReactiva empleando los valores de Paparente y Pactiva






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PReactiva = √S2 − 𝑃2 = 169.82 Vars

Si se aproximan a los resultados los valores teorico con los que refleja el


3 Preguntas de Revisión:

1) En un circuito trifásico equilibrado, la potencia activa se puede

determinar utilizando dos vatímetros conectados según:

La respuesta es la opción c. Este método permite obtener la potencia

activa trifásica de un circuito equilibrado mediante la conexión del

circuito mostrado como se muestra en la figura 2 donde se muestran dos

vatímetros monofásicos y que como bien se explicó su principio de

funcionamiento al inicio del informe cada vatímetro mide la potencia

activa en dos de las fases del circuito y mediante una relación de ambas

de √𝟑 por el voltaje de línea y la corriente de línea se obtiene la potencia

activa trifásica.

2) En un circuito trifásico equilibrado, la ecuación para calcular la potencia

activa total es:

La respuesta es la opción d. Pactiva =√3*(V.linea)*(I.linea)*Cos (Ф), esta es la

expresión para poder calcular la potencia activa del sistema ya que en

principio la Ptotal = 3 * (V.fase) *(I.fase)*Cos (Ф), por lo tanto para una

conexión en estrella (V.fase=V.linea/√3) y en triangulo(I.fase=I.linea/√3) se

llega a la conclusión de que la potencia para ambos tipos de

configuración se utiliza la misma expresión (d).

3) Para una carga resistiva conectada en triangulo, la potencia aparente

total es igual:

La respuesta es la c. A √𝟑 veces el producto entre el voltaje de línea y la

corriente de línea, esto se debe ya que la conexión es en triangulo y la

magnitud de las tensiones de líneas son iguales a las de fase, pero las

corrientes de fase son igual a las corrientes de líneas entre √𝟑. Realizando

las operaciones adecuadas con las ecuaciones de potencia se llega a la

conclusión de la ecuación descrita, para obtener la potencia aparente

total del sistema sin importar la conexión (triangulo o estrella).

4) Para una carga trifásica equilibrada, las lecturas de dos vatímetros son

175W y -35W, respectivamente. Sabiendo que la medición de potencia

debe realizarse empelando el método de los dos vatímetros. ¿Cuál es la

potencia total que consume la carga?






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La respuesta es la b. 140W, ya que el método usado consiste en la suma

algebraica de las lecturas de los instrumentos.

5) El factor de potencia de la pregunta 4, ¿es igual, mayor o menor que 0,5?

La respuesta es la opción b. El factor de potencia es menor que 0,5.

Cuando esto sucede la indicación de uno de los instrumento es negativo y

la potencia total se reduce como consecuencia de ese valor negativo.






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4. Conclusión

Luego de analizar el funcionamiento del vatímetro podemos decir que,

gracias a este instrumento, capaz de combinar un voltímetro con un

amperímetro, es posible obtener la lectura de la potencia de la energía

eléctrica de un circuito. Si no existiese el vatímetro, se tendría que conectar un

voltímetro y un amperímetro al circuito, y determinar el valor de la potencia

mediante la fórmula:

𝑃 = 𝑉. 𝐼

Es importante resaltar que los resultados obtenidos de las mediciones fueron

aproximadamente iguales tanto los analíticos como los simulados en los dos

métodos para la medición de la potencia activa trifásica, reactiva trifásica, y

aparente trifásica.

Los resultados de la medición de la potencia activa mediante el

método de los dos vatímetros solo se usan dos amperímetros y se obtiene una

medición trifásica lo que quiere decir que existe un ahorro, en la ejecución de

instrumentos de medición ya que si se mide por separado las tensiones y

corrientes por cada fase se utilizarían un amperímetro y un voltímetro de más.

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