METODOS DE MEDICION DE LA POTENCIA EN CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA TRIFASICOS

I. OBJETIVO

Analizar en forma experimental los métodos indirectos y directos para determinar la potencia en circuitos trifásicos resistivos - capacitivos.

II. MARCO TEORICO

La potencia activa total de un sistema trifásico es igual a la suma de las potencias activas de cada uno de los tres sistemas monofásicos que lo constituyen

La medida de la potencia activa total se reduce a medir las potencias activas correspondientes a cada una de las fases, sumando a continuación las indicaciones obtenidas.A efectos de sistematización, conviene distinguir entre los sistemas equilibrados (aquéllos en que las tensiones de fase, las intensidades, los desfases y las cargas son iguales entre sí), y los desequilibrados, cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple.También se ha de tener en cuenta si el sistema dispone de tres conductores (tres fases) o cuatro (tres fases y neutro).

Medida de la potencia activa en corriente alterna trifásica con un vatímetro.

En los sistemas trifásicos equilibrados, tanto de cuatro conductores como de tres, la potencia activa se puede medir con un solo vatímetro.En los sistemas trifásicos equilibrados de cuatro conductores (tres fases y neutro), las potencias activas correspondientes a cada una de las tres fases son iguales. Por lo tanto, será suficiente medir la potencia de una de las fases, empleando para ello un vatímetro y multiplicando, a continuación, por tres la lectura correspondiente

Siendo P la potencia activa trifásica y PF la que corresponde a cada fase.

En los sistemas trifásicos equilibrados de tres conductores (tres fases) no existe conductor neutro para conectar la bobina voltimétrica del vatímetro a la tensión de fase, pero el problema se puede solucionar creando un neutro artificial (N) por medio de dos resistencias cuyo valor óhmico sea el mismo que el del circuito voltimétrico del vatímetro. De este modo, se verificará la medida del vatímetro de modo análogo al caso de los sistemas de cuatro conductores.

Medida de la potencia en corriente alterna trifásica con dos vatímetros (método de Aron)

En los sistemas alternos trifásicos, tanto equilibrados como desequilibrados, la potencia activa se puede medir con sólo dos vatímetros. Para lo cual ha de tratarse de un sistema trifásico de tres conductores.

La potencia instantánea será:

La suma de las lecturas de los dos vatímetros da como resultado la potencia activa del sistema

trifásico:

Medida de la potencia activa en corriente alterna trifásica con tres vatímetros

Para medir la potencia activa en los sistemas trifásicos desequilibrados, tanto de cuatro

conductores como de tres, se pueden utilizar tres vatímetros, que miden cada uno la potencia

correspondiente a una fase. La potencia total se obtendrá sumando las indicaciones de los tres

vatímetros.

En los sistemas trifásicos desequilibrados de cuatro conductores (tres fases y neutro), los tres

vatímetros se conectan como indica la figura, cumpliéndose que:

Siendo Pa+Pb+Pc las potencias indicadas por cada uno de los vatímetros.

En los sistemas trifásicos desequilibrados de tres conductores (tres fases) se puede conseguir un neutro artificial siempre que se disponga de tres vatímetros idénticos y se conecten sus circuitos voltimétricos en estrella, según se representa en la figura, quedando, así, sometidos a la tensión de fase.

En este caso, también se cumple que:

Sin embargo, en la práctica no se suele emplear este método, pues la medida de la potencia se puede llevar a cabo utilizando solamente dos vatímetros.

III. ELEMENTOS A UTILIZAR

03 reostatos de 44Ω, 4.4A Una inductancia variable 04 multimetros digitales 01 transformador trifásico Condensadores 220V, 60Hz Una capacitancia variable 03 vatímetros analógicos Conductores de conexión

IV. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION

Medición indirecta de la potencia en corriente alterna trifásica

Realizar la siguiente conexión para encontrar la potencia con cargas equilibradas (Procedimiento de un solo vatímetro). Con una tensión trifásica de 220V. Tener en cuenta las máximas corrientes permisibles en los elementos a utilizar.

Nº V1(V)

A1(A)

W1(W)

P TOTAL EXP

(W)PTOTAL TEOR

(W)R

(Ω)C

(μF)1 220 1.35 50 150 145.50 25 302 220 1.35 54 162 161.68 30 30

Realizar la siguiente conexión para encontrar la potencia trifásica con cargas desequilibradas (Procedimiento de los dos vatímetros). Con una tensión trifásica de 220V. Tener en cuenta las máximas corrientes permisibles en los elementos a utilizar.

V1(V)

V2(V)

A1(A)

A2(A)

W1(W)

W2(W)

PT EXP

(W)PT TEOR

(W)R

(Ω)C

(μF)

W1Φ220 220 1.37 1.34 -70 225 155 147.65 25 30220 220 1.35 1.32 -50 210 160 160.94 30 30

W3Φ220 - 1.38 1.50 156 - 156 146 25 30220 - 1.37 1.48 170 - 170 165 30 30

Realizar la conexión del procedimiento de los tres vatímetros para encontrar la potencia con cargas desequilibradas. Utilizar los mismos valores de impedancias del circuito anterior para poder comparar la potencia.

V1(V)

V2(V)

V3(V)

A1(A)

A2(A)

A3(A)

W1(W)

W2(W)

W3(W)

PT EXP

(W)P T TEOR

(W)R

(Ω)C

(μF)128.9 128.6 126.8 1.39 1.10 1.35 50 50 50 150 25 30128 128 126.6 1.37 1.10 1.33 55 60 60 175 30 30

Realizar la conexión del procedimiento del Método Directo con el Analizador de Redes para encontrar la potencia con cargas desequilibradas. Utilizar los mismos valores de impedancias del circuito anterior para poder comparar la potencia.

V1(V)

A1(A)

P T EXP

(W)Q T EXP

(VAR)S T EXP

(VA)F

(Hz)Cos Φ

327 2.07 380 -113 119 60 -0.32190 2.04 655 202 686 60 0.96191 2.1 672 205 710 60 0.96191 2.03 642 193 674 60 0.96

V. CUESTIONARIO

1. ¿En que consiste el método de un solo vatímetro para encontrar la potencia de un circuito trifásico?

En los sistemas trifásicos balanceados la potencia correspondiente a cada una de las tres fases son iguales, por lo tanto será suficiente medir la potencia de una de las fases, empleando para ello un vatímetro y multiplicando por 3 la lectura correspondiente del vatímetro.

2. ¿En que consiste el método de dos vatímetros para encontrar la potencia de un circuito trifásico?

Se utiliza para medir la potencia en sistemas alternos trifásicos tanto de cargas balanceadas como desbalanceadas, para lo cual ha de tratarse de un sistema trifásico de tres conductores.La suma de las lecturas de los dos vatímetros da como resultado la potencia activa del sistema trifásico.

3. ¿En que consiste el método de tres vatímetros para encontrar la potencia de un circuito trifásico?

Se utiliza para medir la potencia en circuitos trifásicos balanceados y desbalanceados, tanto de tres conductores como de cuatro, cada vatímetro mide cada una de las potencias correspondientes a una fase, la potencia total se obtiene sumando la lectura de los tres vatímetros

4. ¿Cual de los métodos indirectos para la medición de la potencia trifásica es el mas exacto?

El método fue el de un solo vatimetro para cargas equilibradas.

5. Obtener la Potencia Activa Reactiva y la Potencia Aparente experimentales para cada una de las impedancias Z

PTexp (W) QTexp (W) STteo (W)610 732.4 593.16515 634.84 517.79

6. Obtener el factor de potencia, Potencia Activa, Reactiva y la Potencia Aparente teóricos para cada una de las impedancias Z.

PTteo(W) QTteo (W) STteo (W) R C Fp (cosØ)

448.77 1171.71 495.06 22 Ω 50 µF 0.38

324.56 508.42 407 44 Ω 50 µF 0.63

7. Presentar en forma tabulada la divergencia en porcentaje dando el error absoluto relativo porcentual de cada uno de los métodos usados para la potencia total trifásica experimental y teórica.

Método de un vatímetro.PTexp(W) PTteo(W) E. absoluto E. relativo

450 448.77 1.23 0.27%

330 324.56 5.44 1.68%

Método de dos vatímetros.PTexp(W) PTteo (W) E. absoluto E. relativo

345 323.10 21.9 6.78%

460 446.34 13.66 3.06%

Método de tres vatímetros.PTexp (W) PTteo (W) E. absoluto E. relativo

330 303.34 26.66 8.79%

450 429.75 20.25 4.71%

VI. OBSERVACIONES

Todos los instrumentos inicialmente se ajustaron a cero. Se debe tener un aproximado de la corriente a medir para escoger la escala apropiada y

evitar daños en el instrumento. Cada uno de los tres instrumentos (voltímetros o amperímetros) mide la magnitud de los

tres vectores. Aplicando ley de cosenos e encuentra el ángulo que estos forman y de este modo el ángulo de desfase y factor de potencia.

Al conectar el vatímetro la aguja se reflecto en sentido opuesto a la escala por lo que se debió de cambiar el orden de los conectores.

Para la presente práctica se utilizo una carga capacitiva. Se tubo cuidado con las conexiones para evitar que se produciera un corto circuito.

VII. CONCLUSIONES

El método de un vatímetro se utiliza para medir la potencia en cargas balanceadas y necesita del Neutro.

El método de los dos vatímetros se utiliza tanto para cargas balanceadas como desbalanceadas así como también en presencia del N o sin N.

El método de los vatímetros es un método indirecto de medir la potencia en sistemas trifásicos.

En el método directo de la potencia en sistemas trifásicos utilizamos el Analizador de Redes.

El Analizador de Redes se utiliza tanto para sistemas con N así como sin N.

VIII. BIBLIOGRAFIA

http://www.unaepime.net/laboratorios/documentos/medidas01/METODO%20DE %20LOS%20DOS%20VATIMETROS.doc

http://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/practicas/electrotecnia/etprat-6.pdf http://html.rincondelvago.com/potencia.html http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia