UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

“CIRCUITOS TRIFASICOS BALANCEADOS”

ESPECIALIDAD:

Mecánica-Eléctrica

CURSO:

Laboratorio de circuitos eléctricos II

INTEGRANTES:

ARIAS ANTAURCO, Andy 20080121I

CASAS MALCA, Martin Anthony 20081124A

CHAVEZ OLIVARES, Luis Alberto 20080137B

ILLACONZA QUISPE, Luis Alberto 20080198A

DOCENTE:

Ing. Bernabé A. Tarazona B.

OBJETIVOS:

Analizar y evaluar en forma experimental la medida de las magnitudes eléctricas existentes en los circuitos eléctricos en los circuitos eléctricos trifásicos balanceados.

INTRODUCCION:

La mayor parte de la generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica se efectúa por medio de sistemas polifásicos; por razones económicas y operativas los sistemas trifásicos son los más difundidos.Una fuente trifásica de tensión está constituida por tres fuentes monofásicas de igual valor eficaz pero desfasadas 120º entre ellas. La siguiente figura ilustra lo expuesto.

FUNDAMENTO TEORICO:

Introducción a los Sistemas Trifásicos• Definición de una red trifásica– 3 fuentes de voltaje– magnitudes iguales– 120 º de diferencia entre fases• ¿Por qué utilizar 3 fases AC?– AC permite una sencilla transformación de voltajes– Máquinas trifásicas tiene un par (torque) menos ondulado que las monofásicas– Mayor potencia de salida para una cantidad de cobre dada

• La corriente del neutro es nula paraUn sistema equilibrado con la carga conectada en Y– no se necesitaría conexión con el neutro.– normalmente es difícil verificar si la carga es equilibrada.

Potencia en los sistemas trifásicos equilibrados:

4. MATERIAL Y EQUIPO

Cables de conexión

Multímetro digital

Vatímetro

Cosfímetro

Motor trifásico de jaula de ardilla

Llave cuchilla

Motor trifásico de jaula de ardilla

Focos incandescentes

Condensador

Pinza amperimétrica

Interruptor tripolar

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Medir las resistencias de las lámparas incandescentes utilizadas, para ello deberá encender las lámparas, luego medirá el voltaje y la intensidad de corriente que circula por las mismas.

R (Ω)=.....

2. Determinar la inductancia de los reactores, para ello deberá medir la impedancia y resistencia interna de los mismos.

R (Ω)=….., Z (Ω)=……

3. Anotar las especificaciones técnicas y diagramas que se indican en los vatímetros y cosfímetro, asimismo verificar si están conectados correctamente.

4. Con el sistema eléctrico trifásico desenergizado, implementar el circuito de la figura 1(de la guía de laboratorio), la carga estará formada por un motor eléctrico trifásico, condensadores (conectados en Δ ó Y), lámparas (conectadas en Δ ó Y) y los reactores que en toda la experiencia deberán estar conectadas en Y (todas estas cargas deben ser balanceadas).

5. Verificar la escala de los instrumentos para evitar posibles daños.

6. Cerrar el interruptor tripolar “S” y alimentar el circuito de la figura 1 (de la guía de laboratorio) a un voltaje de 220V, utilizando como carga solamente al motor eléctrico, medir los valores indicados por el voltímetro y pinza amperimétrica;

para cada una de las fases (tensiones de línea y/o de fase, así como las corrientes de línea y/o de fase). Tomar la lectura de los vatímetros y el cosfímetro.

7. Desenergizar la alimentación y cambie la secuencia de fases (intercambiando dos bornes cualesquiera). Ahora cierre el interruptor S, alimente el circuito y tome las medidas indicadas en el ítem Nº 6.

8. Utilizando como carga solamente a las lámparas (conectarlas en Δ ó Y), y repetir lo indicado en el ítem Nº 6.

9. Utilizando como carga solamente a los reactores (conectarlos en Y), repetir lo indicado en el ítem Nº 6.

10. Utilizando como carga solamente a los condensadores (conectarlas en Δ ó Y), repetir lo indicado en el ítem Nº 6.

11. Utilizando como carga al motor eléctrico, lámparas (en Δ ó en Y) y reactores (en Y), todos conectados en paralelo, repetir lo indicado en el ítem Nº 6.

12. Conectar los condensadores (en Y) en paralelo con la carga indicada en el ítem Nº 11, repetir lo indicado en el ítem Nº 6.

13. Conectar los condensadores (en Δ) en paralelo con la carga indicada en el ítem Nº 11, repetir lo indicado en el ítem Nº 6.

CUESTIONARIO:

1.- Tabular los valores de las magnitudes medidas para cada caso, comparar la potencia leída por el vatímetro con la potencia:

P=3VFIFCOS

2.- Considerando las tensiones de línea balanceadas y las impedancias calculadas, halle analíticamente las corrientes (de fase y de línea), las potencias (activa y reactiva) y el factor de potencia. Tabule los valores calculados.

3.- Muestra para cada caso y cada secuencia de fases un diagrama fasorial, indicar las tensiones de línea, de fase y las corrientes; obtenidas a partir de los cálculos.

4.- Dar las divergencias de los valores teóricos (pregunta 2) y experimentales (pregunta 1) de la magnitud potencia activa dando los errores absoluto y relativo porcentuales, en forma tabulada.

5.- Para todos los casos plantear y verificar el cumplimiento de la 1er y 2da ley de Kirchoff en cada uno de los circuitos empleados, elaborar un cuadro con los valores obtenidos en cada caso. Explicar e indicar la forma como se obtuvieron dichos valores.

ANEXOS

APLICACIONES DE LA EXPERIENCIA

¿Por qué se usan los circuitos trifásicos?

La principal aplicación para los circuitos trifásicos se encuentra en la distribución de la energía eléctrica por parte de la compañía de luz a la población. Nikola Tesla probó que la mejor manera de producir, transmitir y consumir energía eléctrica era usando circuitos trifásicos.

Algunas de las razones por las que la energía trifásica es superior a la monofásica son:

• La potencia en KVA (Kilo Volts Ampere) de un motor trifásico es aproximadamente 150% mayor que la de un motor monofásico.

• En un sistema trifásico balanceado los conductores necesitan ser el 75% del tamaño que necesitarían para un sistema monofásico con la misma potencia en VA por lo que esto ayuda a disminuir los costos y por lo tanto a justificar el tercer cable requerido.

• La potencia proporcionada por un sistema monofásico cae tres veces por ciclo. La potencia proporcionada por un sistema trifásico nunca cae a cero por lo que la potencia enviada a la carga es siempre la misma.

REDES TRIFÁSICAS BAJO CONTROL

EQUIPOS MULTI Y MONOFUNCIÓN PARA EL CONTROL DE PARÁMETROS EN REDES ELÉCTRICAS

La disponibilidad de las instalaciones eléctricas tiene una gran importancia y se ha convertido en un factor crucial para una fabricación exitosa, donde la producción just-in-time es clave, ya que los retrasos en la producción provocan un incremento adicional del coste. Por eso, el control de sistemas trifásicos resulta útil e importante. Este puede ser implementado con un mínimo esfuerzo, haciendo los equipos y las instalaciones más seguras y eficaces. Previniendo de daños a toda la instalación y ayudando eficientemente a la disminución de los costes.

Desde hace tiempo, los instaladores industriales conocen los beneficios de los sistemas trifásicos: más que ningún otro tipo existente, es adecuado para la generación, para el transporte y para aplicaciones prácticas de energía eléctrica. Los Sistemas Trifásicos AC se utilizan para transportar energía eléctrica, de elevadas corrientes y usando un diseño muy sencillo que resulta robusto y muy eficiente para motores eléctricos.

CONTROL FIABLE DE TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN.

Un fallo de fase en un motor trifásico en funcionamiento, puede ser detectado con la ayuda de un relé de control de tensiones desequilibradas. En su funcionamiento normal, un motor no puede ser conectado a menos que se detecte una secuencia correcta de fases L1-L2-L3 y que la tensión presente, este en los rangos ó niveles correctos. Esto significa que no existe ningún error de Sobre o Subtensión, ni de fallo de fase (fig.4).Si se produce un defecto de fallo de fase (en el ejemplo, L2) que puede ser provocado

por la actuación de un fusible, la corriente de fase IL2, cae a 0A, y la tensión en UL2 se reduce en un %U.

Pero la tensión remanente, es decir la tensión eficaz puede llegar a ser hasta del 95% de la tensión inicial de fase, dependiendo de cuál sea el motor, la carga del motor y dependiente de otros factores. Por lo tanto, como conclusión principal obtenemos que aunque en algunos casos pueda ser suficiente la detección de pérdida de fase, en motores en funcionamiento no es realmente fiable solo con el control de fallo de fase y de niveles de tensión. Para hacer un control fiable de este tipo de fallos se requiere un relé de control de desequilibrio de cargas. Cuando se detecta un desequilibrio de fases el relé desconecta el motor para prevenir de cualquier daño al motor.

CONTROL DE EQUIPOS CONECTADOS EN UNA RED SERIE TRIFÁSICA.

Las consecuencias del fallo de una de las cargas en una instalación serie dependerán del

tipo de carga que se trate. En cualquier caso, la corriente que circulara por el conductor

de Neutro se podrá calcular según la Ley de Kirchhoff, como la suma de corrientes por

todas las fases. En un sistema trifásico balanceado una falta trifásica no tiene

consecuencias, debido a que la corriente por las tres fases, IL1, IL2 y IL3, son iguales en

valor absoluto, pero desfasadas 120º eléctricos. La corriente, que por lo tanto, circula

por el conductor de neutro es nula en todo momento (ver las gráficas I/V de la fig. 4).

En ellos no es necesario hacer un control del equipo ante ninguna falta.

En sistemas con cargas desequilibradas para el conjunto de la red trifásica, los cuales

son los tipos más comunes, las corrientes, IL1, IL2 y IL3, varían tanto en valor como en

ángulo de fase; las tensiones de fase UL1, UL2 y UL3 con respecto a UN , sin embargo, son

idénticas.

La diferencia entre las corrientes de fase hace necesario una corriente de compensación

IN a través del conductor de Neutro. Un corte en el conductor de Neutro, que puede

darse por varios motivos; corte accidental, quemado de neutro por exceso de de

corriente derivada,..., impide que la corriente de compensación circule y sea derivada a

tierra por el punto central de la estrella. Esto puede ocurrir cuando tenemos un reparto

desigual de cargas monofásicas en una red trifásica (esquema eléctrico de la figura 7).

La tensión de fase en la línea con más baja resistencia Ohmica bajará y sin embargo

subirá en aquellas en las que la carga sea más alta.

9. OBSERVACIONES Cuando se conectaron los focos en estrella se obtuvo una menor potencia que se

registró en el vatímetro y también se pudo observar a simple vista

Los condensadores registraron una pequeña potencia activa; por consiguiente una ángulo su potencia y ángulo fueron muy semejantes en las dos conexiones

El ángulo salió negativo al conectar el condensador y positivo al conectar el motor

Al conectar de dos en dos se observa que las potencia de los elementos se suman

El condensador registra la mayor intensidad de corriente

10. CONCLUSIONES: La potencia fue menor en la conexión estrella debido a que el Z equiv de la

conexión estrella es mayor que de la conexión en triangulo

Todo condensador real tiene una pequeña resistencia interna que genera potencia activa; por lo tanto habrá ángulo Esto también sucede con los inductores reales.

Los condensadores incrementa el factor de potencia al conectarlo en paralelo

Los condensadores en él un circuito trabajan a mayor corriente que los otros elementos.

11. BIBLIOGRAFIA: Richard C. Dorf; Circuitos Eléctricos

Ronald E. Scott; Introducción al Análisis de Circuitos

Brian May: « leyes de kirchoff». Disponible en: http://www.mitecnologico.com/ie/Main/RLC [26-06-2010]

GREEN, BRIAN: « kirchoff». Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/rlc_el%C3%A9ctricos