Wattimetro-2

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE SAN SEBASTIÁN

TECNUN UNIVERSIDAD DE NAVARRA

Práctica 3 de Laboratorio

MEDIDA DE POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA

Circuitos. Medida de Potencia en Corriente Alterna 2

1. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

La determinación de la potencia en corriente alterna (AC) normalmente suele realizarse por

medio de Vatímetros, los cuales miden directamente la potencia, o bien mediante Contadores en los

que la potencia se obtiene a partir de la energía registrada.

En esta práctica el alumno deberá calcular la potencia consumida tanto en cargas monofásicas

como trifásicas, empleando para ello Vatímetros colocados según diferentes configuraciones. En

particular, se realizarán mediciones de potencia para los siguientes casos:

q Potencia activa y reactiva en una Carga Monofásica.

q Potencia activa en una Carga trifásica con Neutro. Método de los Tres Vatímetros.

q Potencia activa en una Carga trifásica sin Neutro. Método de los dos Vatímetros.

q Potencia activa en una Carga trifásica sin Neutro. Conexiones especiales.

2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

2.1. VATÍMETROS

El instrumento encargado de medir la potencia en CA es el

Vatímetro. Su representación esquemática es la de la Figura 1 y su

principio de funcionamiento está basado en la interacción de dos

campos magnéticos los cuales son creados por la corrientes I a e I v que circulan por las bobinas de

que dispone en su interior; el par producido entre ambos campos es proporcional al producto

I Ia v avcosϕ , siendo ϕ av el desfase entre las corrientes I a e I v .

El vatímetro consta, como ya se ha indicado, de dos bobinas (prácticamente se consideran

resistencias puras) con las siguientes características:

q Bobina amperimétrica (ra): Se conecta en serie con la línea de corriente y su resistencia

deberá ser lo menor posible con el fin de no perturbar la diferencia de potencial que existe

en el circuito entre B y C.

q Bobina voltimétrica (rv): Se conecta en paralelo con la carga cuya potencia se quiere

medir y su resistencia deberá ser lo mayor posible para, de esta forma, evitar que el

vatímetro desvíe corriente a la carga.

Bra

rv

A

C

Ia

Iv

W

Figura 1


Se define como vatímetro ideal aquél en el que se cumple que ra→0 y rv→∞. Mientras no se

indique lo contrario los vatímetros se supondrán ideales.

Ya se ha comentado anteriormente que la indicación de un vatímetro es proporcional al

producto I Ia v avcosϕ . Eligiendo una constante de proporcionalidad igual a rv la indicación del vatímetro

será W r I Iv a v av= cosϕ

Puesto que rvIv es el módulo de la tensión entre A y C y dicha tensión está desfasada con I a el

mismo ángulo que I v e I a (si la bobina puede considerarse resistiva), es evidente que la indicación del

vatímetro es la potencia activa consumida por una carga situada entre B y C. En la siguiente figura se

muestra la conexión de un vatímetro para la medida de la potencia activa consumida por una carga.

W

Z

A

C

A

C

ZVAC VAC

I I I+ +

- -

Figura 2

2.2. VATÍMETROS REACTIVOS

Para la medida de la potencia reactiva se emplean vatímetros en

los que la bobina voltimétrica es prácticamente reactiva (predomina la

componente inductiva de la bobina sobre la resistiva). Su representación

es similar a la de los vatímetros convencionales, como puede observarse

en la figura. Solamente deberá indicarse que la bobina voltimétrica tiene carácter inductivo.

Puede demostrarse, al igual que se ha hecho para los vatímetros convencionales del apartado

anterior, que la indicación de los vatímetros reactivos es W I Vr a ac av= senϕ , es decir, la potencia

reactiva Q absorbida por una carga colocada entre B y C. La conexión de estos vatímetros es igual

que la de los vatímetros convencionales.

La potencia reactiva de una carga monofásica solamente puede medirse, en principio, con

vatímetros de bobina reactiva. Sin embargo, como se verá a lo largo de la práctica, en redes trifásicas

es posible medir la potencia reactiva utilizando para ello únicamente vatímetros convencionales.

Bra

j·xv

A

C

Ia

Iv

Wr

Figura 3


3. ESQUEMAS EXPERIMENTALES

3.1. MEDIDAS DE POTENCIA EN SISTEMAS MONOFÁSICOS

POTENCIA ACTIVA

W

1

2

A

V

Ref. -I

-V

2L

3R

POTENCIA REACTIVA

1

2

A

V

Ref. -I

-V

Wr

2L

3R

C

3.2. MEDIDAS DE POTENCIA EN SISTEMAS TRIFÁSICOS

MÉTODO DE LOS TRES VATÍMETROS

W 1=

1

2

3

W 2=

W 3=

A

V

N

Carga Trifásica Con Neutro

L 2R

L 2R

L 2R

Medidas

W 1 W

W 2 W

W 3 W

V V

I A

Cálculos

P W

S VA

cos ϕ

Q VA

Medidas Cálculos

W W Z Ω

V V Q VA

I A S VA

ϕ ° cos ϕ

Medidas sin C Cálculos sin C

W rVA Z Ω

V V Q VA

I A S VA

ϕ ° cos ϕ

Medidas con C Cálculos con C

W r VA Z Ω

V V Q VA

I A S VA

ϕ ° cos ϕ


MÉTODO DE LOS DOS VATÍMETROS

W 1=

1

2

3

W 2=

A

V

Carga Trifásica Sin Neutro

L 3R

L 3R

L 3R

CONEXIONES ESPECIALES

1

2

3

A

V

Carga Trifásica Sin Neutro

W2=

W 1= L 3R

L 3R

L 3R

Medidas

W 1 W

W 2 W

V V

I A

Cálculos

P W

Q VA

cos ϕ

S VA

Medidas

W 1 W

W 2 W

V V

I A

Cálculos

P W

Q VA

cos ϕ

S VA

Secuencia 1 Secuencia 2

Medidas

W1 W

W2W

V V

I A

Cálculos

P W

Q VA

cos ϕ

S VA


4. MATERIAL Y EQUIPO NECESARIO

r Cuadro de Alimentación trifásico de 220 V CA.

r 6 Resistencias de 10 Ω (aprox.).

r 3 Bobinas de 35 mH (aprox.) y un Condensador de 40 µF

r 3 Vatímetros 0-1000 W

r 1 Vatímetro Reactivo 0-1000 VA.

r 2 Polímetros.

5. PROCEDIMIENTO

La práctica consistirá en realizar los esquemas experimentales del apartado anterior y efectuar

las mediciones correspondientes en cada uno de ellos. Los valores medidos pueden anotarse en la tabla

Medidas que se adjunta en cada esquema, o bien en los recuadros situados en los esquemas junto a

cada instrumento de medida (Ver esquemas).

Posteriormente, con las mediciones efectuadas en cada caso deberán hallarse los parámetros

que se piden en la tabla de Cálculos. Algunos de ellos podrán obtenerse por diversos métodos; en

estos casos deberán comentarse los métodos de obtención utilizados y las diferencias encontradas en

cada uno de ellos.


6. RESULTADOS ORIENTATIVOS

POTENCIA ACTIVA POTENCIA REACTIVA

Medidas Cálculos

W 980 W Z 42.72 Ω

V 220 V Q 569 VA

I 5.15 A S 1133 VA

ϕ 28.8 ° cos ϕ 0.865

Medidas sin Condens. Cálculos sin Condens.

Wr 650 VA Z 41.64 Ω

V 224 V Q 650 VA

I 5.38 A S 1205 VA

ϕ 30.24 ° cos ϕ 0.842

MÉTODO DE LOS TRES VATÍMETROS MÉTODO DE LOS DOS VATÍMETROS

Medidas

W1 600 W

W2 600 W

W3 600 W

V 224 V

I 5.08 A

Cálculos

P 1800 W

S 1971 VA

cos ϕ 0.9132

Q 803 VA

Medidas

W1 795 W

W2 530 W

V 221 V

I 3.67 A

Cálculos

P 1325 W

Q 459 VA

cos ϕ 0.9437

S 1404 VA

CONEXIONES ESPECIALES

Secuencia Directa Secuencia Inversa

Medidas

W1 275 W

W2 520 W

V 221 V

I 3.64 A

Cálculos

P 1315 W

Q 476 VA

cos ϕ 0.944

S 1393 VA

Medidas

W1 -275 W

W2 790 W

V 221 V

I 3.68 A

Cálculos

P 1305 W

Q 476 VA

cos ϕ 0.926

S 1409 VA

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