UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCION

FACULTAD DE INGENIERIA

Departamento de Electricidad

LABORATORIO DE ELECTROTECNIA

Experiencia Nª 5

“MEDICIONES EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS”

Prof.: Ing. Víctor Paravicini

Integrantes:

Diego Causarano Javier Daher Paul de Madrignac Jesús Silvero Walter Sora

Quinto Semestre

Noviembre 2015

San Lorenzo

1. Objetivo

Realizar mediciones de tensión y corriente alterna en circuitos eléctricos trifásicos.

2. Introducción

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 figura 1 ilustra lo expuesto.

En sistemas trifásicos la relación entre las tensiones simples (de fase) y compuestas (de línea) depende de la conexión del sistema del que se trate, así en sistemas conectados en triángulo las tensiones simples y compuestas son iguales mientras que en sistemas conectados en estrella la tensión

compuesta es .

Igualmente se pueden distinguir dos corrientes:

Intensidad de fase: es la que recorre una fase en un sistema trifásico, o sea, la fase de un alternador o la de una carga.

Intensidad de línea: es la que sale de los bornes del alternador y entra en los de una fase.

Según como se conecte el alternador o la carga, las corrientes de fase y de línea pueden ser iguales o distintas.

4. Generalidades

Las fuentes trifásicas tienen tres terminales llamadas de línea y pueden tener o no una cuarta terminal: la conexión neutra. Se comenzará por analizar una fuente trifásica que si tiene una conexión neutra. Puede representare como tres fuentes ideales de voltaje conectadas en Y; se dispone de los terminales

R, S, T, N. Solo se considerarán fuentes trifásicas balanceadas, que pueden definirse como:

|VRN|=|VSN|=|VTN|

VRN + VSN + VTN = 0

Estos tres voltajes, cada uno definido entre una línea y el neutro, reciben el nombre de voltajes de fase. Si arbitrariamente se escoge a VRN como referencia:

VRN= VP |0

Donde VP representa la amplitud en valor eficaz de cualquier de los voltajes de fase.

Figura 1

5. Abreviaturas

Corriente eléctrica (I) A Ampere

mA Miliampere

Tensión (U) V Voltio

Resistencia eléctrica (R) Ω Ohm

6. Procedimiento

6.1. Equipos y Materiales

a) Bastidor de ensayo con llave termomagnética trifásica.b) Lámparas incandescentes Marca: OSRAM de 60 W, 100 W, y 150 W.c) Conectores.d) Pinza Amperométrica (Amperímetro)

Marca: CE, Modelo: DT9205A, Nº de serie: 809161782Fondo de escala: 20 Amperes

e) Voltímetro digital(Voltímetro) Marca: PROMAX, Modelo: PD-693, N° de serie: 11050222.Fondo de escala: 200 voltios

6.2. Preparativos

a) Seleccionar los instrumentos adecuados para medición de las tensiones, corrientes y potencias eléctricas y resistencias.

b) Verificar el estado y funcionamiento de los instrumentosc) Seleccionar los rangos de lectura de los instrumentos de acuerdo a los

cálculos matemáticos previos al desarrollo de la experiencia.d) No conectar a la fuente de alimentación sin la aprobación del

Laboratorista encargado.

6.3. Realización

a) Montar el circuito eléctrico conexión estrella equilibrado de la figura 1b) Energizar el circuito, previa autorización del encargado del laboratorio.c) Medir tensiones y corrientes de línea y fase y registrar los resultados

en la tabla correspondiented) Montar el circuito eléctrico conexión estrella desequilibrado con

neutro de la figura 2.e) Energizar el circuito, previa autorización del encargado del laboratorio.

f) Medir tensiones y corrientes de línea y fase y registrar los resultados en la tabla correspondiente

g) Montar el circuito eléctrico conexión estrella desequilibrado de la figura 3.

h) Energizar el circuito, previa autorización del encargado del laboratorio.i) Medir tensiones y corrientes de línea y fase y registrar los resultados

en la tabla correspondientej) Montar el circuito eléctrico conexión triangulo equilibrado de la figura

4.k) Energizar el circuito, previa autorización del encargado del laboratorio.l) Medir tensiones y corrientes de línea y fase y registrar los resultados

en la tabla correspondiente.m) Montar el circuito eléctrico conexión triangulo desequilibrado de la

figura 5.n) Energizar el circuito, previa autorización del encargado del laboratorio.o) Medir tensiones y corrientes de línea y fase y registrar los resultados

en la tabla correspondiente

6.4. Mediciones

6.4.1. Resultados de Mediciones Figura 1

IR(A)

IS(A) IT(A) IN(A) VRS(V) VST(V) VTR(V) VRN(V) VSN(V) VTN(V)

0.50 0.61 0.53 0 369 369 369 210 206 211

6.4.2. Resultados de Mediciones Figura 2

IR(A)

IS(A) IT(A) IN(A) VRS(V) VST(V) VTR(V) VRN(V) VSN(V) VTN(V)

0.55 0,20 0,39 0,22 369 369 370 210 208 210

6.4.3. Resultados de Mediciones Figura 3

IR(A)

IS(A)

IT(A)

VRS(V) VST(V) V

TR(V)V

RO(V) VSO(V) VTO(V) VON(V)

0,43 0,23 0,39 371 370 370 168 258 218 55

6.4.4. Resultados de Mediciones Figura 4

VRS(V)

VST(V)

VTR(V)

IRS(A) IST(A) ITR(A) IR(A) IS(A) IT(A)

220 220 220 0,65 0,52 0,56 1.12 1.09 1.00

6.4.5. Resultados de Mediciones Figura 5

VRS(V)

VST(V)

VTR(V)

IRS(A) IST(A) ITR(A) IR(A) IS(A) IT(A)

220 221 220 0,65 0,21 0,41 1.00 0,85 0,62

6.5. Análisis de resultados

Análisis de resultados · Figura 1.

Medido Teórico Error relativo %IR(A) 0,50 0,68 -26.47IS(A) 0,61 0,68 -10.29IT(A) 0,53 0,68 -22.06IN(A) 0 0 0

VRS(V) 369 381.05 -3.16VST(V) 369 381.05 -3.16VTR(V) 369 381.05 -3.16VRN(V) 210 220 -4.55VSN(V) 206 220 -6.35VTN(V) 211 220 -4.09

Para la primera experiencia, se utilizaron 3 lámparas de 150 W, que se puede observar en la figura uno. Este sistema está conectado en estrella y teóricamente tendría que estar equilibrado por tener las 3 lámparas la misma resistencia. Según lo estudiado, para una carga equilibrada para un sistema

estrella con neutro, la corriente que circula por el neutro debería ser igual a cero, las corrientes de línea y de fase deben ser iguales y el voltaje entre líneas tendría que ser√3 veces el voltaje entre fases.

Según los resultados medidos, la corriente en el neutro es efectivamente cero, las tensiones de línea y de fase no difieren en más del 5% con respecto a los valores esperados en cada uno en la relación que debe haber entre tensión de línea y de fase.

VST VSN

IS

VRS

VTN IT IR VRN

VTR

Análisis de resultados · Figura 2

Medido Teórico Error relativo %IR(A) 0.55 0,68 -19.12IS(A) 0,20 0,27 -25.93IT(A) 0,39 0,45 -13.33IN(A) 0,22 0,37 -40.54

VRS(V) 369 381.05 -3.16VST(V) 369 381.05 -3.16VTR(V) 370 381.05 -2.9VRN(V) 210 220 -4.55VSN(V) 208 220 -5.45VTN(V) 210 220 -4.55

En la segunda parte de la experiencia, conectamos el sistema en estrella, pero esta vez desequilibrado, siendo las lámparas utilizadas de potencias igual a 60 W, 100 W y 150 W.

En este tipo de sistemas, según lo estudiado debería haber una corriente circulando en el neutro, la corriente de línea debería ser igual a la corriente de fase y el voltaje de línea debería ser √3 veces la corriente de fase.

La corriente medida en el neutro tiene un error de alrededor del 40 %, que es un error grande comparando con el teórico. Las corrientes que circulan por las líneas si tienen errores menores llegando como máximo al 26% respecto al esperado.

VST VSN

IS

IT VRS

VTN IR VRN

VTR

Análisis de resultados · Figura 3

Medido Teórico Error relativo %IR(A) 0.43 0.53 -18.87IS(A) 0,23 0,33 -30.30IT(A) 0,39 0,48 -18.75

VRS(V) 371 381.05 -2.64VST(V) 370 381.05 -2.90VTR(V) 370 381.05 -2.90VRO(V) 168 172.09 -2.38VSO(V) 258 287.90 -10.39VTO(V) 218 230.29 -5.34VON(V) 55 55.43 -0.78

En la tercera parte de la experiencia, se repite lo que se hizo en la segunda parte, pero se abre el neutro y queda solo un circuito estrella sin neutro, las lámparas utilizadas son de vuelta la de 60 W,100 W y 150 W,

Según lo estudiado, el punto común a las impedancias no debería estar al mismo potencial que el neutro y se genera una diferencia de potencial entre este punto y el neutro, a lo que llamamos desplazamiento del neutro. A esta

diferencia de potencial entre el punto común de las impedancias y el neutro llamamos VON.

Observando los resultados medidos, podemos observar como el voltaje VON

es prácticamente igual al valor teórico esperado y tiene apenas un 0.78% de error.

VST

VON

VSN VSO

VTO IT IS

VON IR VRS

VRO VON VRN

VTR

Análisis de resultados · Figura 4

Medido Teórico Error relativo %VRS(V) 220 220 0VST(V) 220 220 0VTR(V) 220 220 0IRS(A) 0,65 0,68 -4.41IST(A) 0,52 0,68 -23.53ITR(A) 0,56 0,68 -17.65IR(A) 1.12 1.18 -5.08IS(A) 1.09 1.18 -7.63IT(A) 1.00 1.18 -15.25

Para el procedimiento número 4, se conecta el sistema en triangulo con las cargas equilibradas, utilizando lámparas con potencia iguales a 150 W cada una.

Según lo estudiado, el voltaje entre líneas debería ser igual al voltaje entre fases, y la corriente que circula entre las impedancias(de fase) debería ser √3 veces menos que la corriente que circula en las líneas.

Podemos observar que las corrientes en las líneas son muy parecidas, que es lo esperado, y la relación que en las corrientes que circulan en las fases deben ser √3 veces menos que en las líneas también prácticamente se cumplen, teniendo un error máximo de no más del 3%.

VST

IS

IST IRS

VRS

IT ITR IR

VTR

Análisis se resultados · Figura 5

Medido Teórico Error relativo %VRS(V) 220 220 0VST(V) 221 220 0.45VTR(V) 220 220 0IRS(A) 0,65 0,68 -4.41IST(A) 0,21 0,27 -22.22ITR(A) 0,41 0,45 -8.89IR(A) 1.00 0,99 1.01IS(A) 0,85 0,85 0IT(A) 0,62 0,64 -3.13

Para el procedimiento número 5, se conecta el sistema en triangulo con las cargas desequilibradas, utilizando lámparas con potencias de 150W, 100W y 60W.

Basándonos en la teoría estudiada para cargas desequilibradas en triangulo, los voltajes de fase son distintos entre sí y no necesariamente están desfasados 120 grados, así también las corrientes de fase y de línea no son iguales entre sí, ya que estas dependen de la impedancia que hay entre

fases, por tanto ya no se cumple la relación de que la corriente que circula entre las impedancias (de fase) es √3 veces menor que la corriente que circula en las líneas.

Podemos observar que la mayoría de los errores relativos no son muy significativos, con excepción del error de la corriente de fase ST (22.22%), estos errores podrían ser por la imprecisión de los instrumentos de medición y otros factores humanos.

VST

IS

IST IRS

IT VRS

ITR IR

VTR

8. Conclusión

En cada uno de los circuitos montados y medidos en esta experiencia se analizó un sistema trifásico en las distintas configuraciones de cargas posibles y cada una con mayor o menor utilidad práctica.

Se verificaron las relaciones entre tensiones de línea y de fase para circuitos conectados en estrella equilibrados o con neutro y cómo estas se cumplen con gran precisión en la práctica.

Así también para los circuitos conectados en triángulo se verificaron las relaciones existentes entre corrientes de línea y de fase para configuraciones balanceadas. Los errores encontrados entre las mediciones y los valores esperados de tensiones en las conexiones en estrella fueron debido a que la tensión del generador suministraba valores de tensión menores a los de diseño para cada lámpara (220 V) que era la referencia.

Fuera de lo anterior se encontraron errores mayores a 10% en pocas ocasiones, los errores se pueden relacionar con que las cargas utilizadas no son simétricas totalmente en las conexiones balanceadas, así como individualmente no tienen exactamente el valor teórico de resistencia de diseño que tienen de acuerdo a su potencia.

Aparte de lo anterior, cabe recordar que también parte del error es debido a la precisión de los instrumentos, así como a las fluctuaciones generadas por la variación de temperatura en los circuitos eléctricos.

9. Bibliografía

Autor: Robert Boylestad/ Publicador: Prentice-Hall – 2004/ Título: Introducción al Análisis de Circuitos Eléctricos

Autor: Joseph A. Edminister/ Publicador: McGrawHill /Título: Circuitos Eléctricos Edición: 2ª.