Guia de Redes II

UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA DECANATO DE INGENIERÍA

ESC. DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MARACAY- EDO ARAGUA

MANUAL DE PRACTICAS DE REDES ELÉCTRICAS II

RECOPILADO POR: ING. GUSTAVO GUEDEZ ING. FRANCO ALUNNO ING. JOSE ALEXYS RODRÍGUEZ

MARACAY, JUNIO 2008

ÍNDICE

Experiencia 38.Estudio del Régimen transitorio ............................................................38-1 Experiencia 39. El Transformador monofásico.............................................................39-1 Experiencia 40. Polaridad del Transformador................................................................40-1 Experiencia 41. Regulación del transformador ..............................................................41-1 Experiencia 42. El Autotransformador .................................................................42-1 Experiencia 43. Transformadores en paralelo ................................................................43-1 Experiencia 44.Transformadores de distribución...........................................................44-1 Experiencia 45. Circuitos Trifásicos .................................................................45-1 Experiencia 46. Watts, Var y Voltamperes .................................................................46-1 Experiencia 47. Medición de la Potencia Trifásica ........................................................47-1 Experiencia Sistema Trifásico Experiencia 48. Conexiones de Transformadores Trifásicos .........................................48-1 Experiencia 49. Filtros Pasa Bajo, Filtros Pasa Alto, Filtros Pasa Banda, Filtros Eliminador de Banda .................................................................49-1

REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II

EXPERIENCIA 39 EL TRANSFORMADOR MONOFASICO OBJETIVOS

1. Conocer las relaciones de voltaje y corriente de un transformador.

2. Estudiar las corrientes de excitación, la capacidad en voltamperes y las corrientes de cortocircuito de un transformador.

EXPOSICION Los transformadores son probablemente la parte de equipo de mayor uso en la industria eléctrica. Varían en tamaño desde unidades miniatura para radios de transistores, hasta unidades gigantescas que pesan toneladas y que se emplean en las estaciones centrales de distribución de energía eléctrica. Sin embargo, todos los transformadores tienen mismas propiedades básicas, que son las que se verán a continuación. Cuando existe una inducción mutua entre dos bobinas o devanados, un cambio en la corriente que pasa por uno de ellos induce un voltaje en el otro. Todos los transformadores poseen un devanado primario y uno o más secundarios. El devanado primario recibe energía eléctrica de una fuente de alimentación y acopla esta energía al devanado secundario mediante un campo magnético variable. La energía toma la forma de una fuerza electromotriz que pasa por el devanado secundario y , si se conecta una carga a este, la energía se transfiere a la carga. Así pues, la energía eléctrica se puede transferir de un circuito a otro sin que exista una conexión física entre ambos. Los transformadores son indispensables en la distribución de potencia en c-a, ya que pueden convertir la potencia eléctrica que esté a una corriente y voltaje dado, en una potencia equivalente a otra corriente y voltajes dados. Cuando un transformador esta funcionando, pasan corrientes alternas por sus devanados y se establece un campo magnético alterno en el núcleo de hierro. Como resultado, se producen perdidas de cobre y hierro que representan potencia real (watts) y que hacen que el transformador se caliente. Para establecer un campo magnético se requiere una potencia reactiva (vars) que se obtiene de la línea de

alimentación. Por estas razones, la potencia total entregada al devanado primario es siempre ligeramente mayor que la potencia total entregada por el devanado secundario. Sin embargo, se puede decir, que aproximadamente en casi todos los transformadores:

a) Potencia del primario (watts)= Potencia del secundario (watts)

b) Voltamperes del primario (VA) = Voltampere del secundario (VA)

c) Vars del primario = Vars del secundario

Cuando el voltaje del primario se eleva mas allá de su valor nominal, el núcleo de hierro(laminaciones) comienza a saturarse y la corriente de magnetización (de excitación) aumenta con gran rapidez. Los transformadores pueden sufrir cortocircuitos accidentales causados por desastres naturales o motivados por el hombre. Las corrientes de cortocircuito pueden ser muy grandes y, a menos que se interrumpan, queman al transformador en un corto tiempo. El objetivo de este Experimento de Laboratorio es demostrar estos puntos importantes. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación (120/208 V c-a) EMS 8821 Módulo de medición de c-a (100/100/250/250 V) EMS 8426 Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5 A) EMS 8425 Cables de conexión EMS 8941 Otros: Óhmetro PROCEDIMIENTO Advertencia: ¡en este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes!¡No hagan ninguna conexión cuando la fuente este conectada!¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

1. Examine la estructura del Modulo EMS 8341 de Transformador, fijándose especialmente en el transformador, las terminales de conexión y alambrado.

a) El núcleo del transformador esta hecho de capas delgadas (laminaciones) de acero. Identifíquelo.

Universidad Bicentenaria de Aragua 39 - 1

b) Observe que los devanados del transformador están conectados a las terminales montadas en la bobina del transformador.

c) Observe que estos devanados van conectados a las terminales de conexión montadas en la cara del módulo.

2. Identifique los tres devanados independientes del transformador marcados en la cara del módulo.

a) Anote el voltaje nominal de cada uno de los tres devanados:

Terminales 1 a 2 = ________________ V c-a

Terminales 3 a 4 = ________________ V c-a

Terminales 5 a 6 = ________________ V c-a

b) Escriba el voltaje nominal entre las

siguientes terminales de conexión:

Terminales 3 a 7 = _______________ V ca

Terminales 7 a 8 = _______________ V ca

Terminales 8 a 4 = _______________ V ca

Terminales 3 a 8 = _______________ V ca

Terminales 7 a 4 = _______________ V ca

Terminales 5 a 9 = _______________ V ca

Terminales 9 a 6 = _______________ V ca

c) Indique la corriente nominal de cada una

de las siguientes conexiones:

Terminales 1 a 2 = _______________ A ca

Terminales 3 a 4 = _______________ A ca

Terminales 5 a 6 = _______________ A ca

Terminales 3 a 7 = _______________ A ca

Terminales 8 a 4= _______________ A ca

3. Use la escala mas baja del ohmimetro y

mida y anote la resistencia en c-d de cada uno de los devanados: Terminales 1 a 2 = ________________ Ω

Terminales 3 a 4 = ________________ Ω

Terminales 3 a 7= ________________ Ω

Terminales 7 a 8 = ________________ Ω

Terminales 8 a 4 = ________________ Ω

Terminales 5 a 6 = ________________ Ω

Terminales 5 a 9 = ________________ Ω

Terminales 9 a 6 = ________________ Ω

4. A continuación medirá los voltajes del

secundario sin carga, cuando se aplican 120 V ca al devanado primario.

a) Conecte el circuito que se ilustra en la

figura 39-1. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela

a 120 V c-a, según lo indique el voltímetro conectado a las terminales 4 y N.

c) Mida y anote el voltaje de salida E2. d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la

fuente de alimentación. e) Repita los procedimientos (b,c y d)

midiendo el voltaje de salida E2 para cada devanado que se indica.

Devanado 1 a 2= ___________ V c-a

Devanado 3 a 4= ___________ V c-a

Devanado 5 a 6= ___________ V c-a

Devanado 3 a 7= ___________ V c-a

Devanado 7 a 8= ___________ V c-a

Devanado 8 a 4= ___________ V c-a

Devanado 5 a 9= ___________ V c-a

Devanado 9 a 6= ___________ V c-a


5. a) ¿Concuerdan los voltajes medidos con los valores nominales?______ Si algunos difieren explique por que:

b) ¿Puede medir el valor de la corriente magnetizante(de excitación)? _______¿Porque?

6. Los devanados 1 a 2 y 5 a 6 tienen 500 vueltas de alambre. El devanado 3 a 4 tiene 865 vueltas. Calcule las siguientes relaciones de vueltas:

a) Devanado 1 a 2 = ______________ Devanado 5 a 6 = ______________

b) Devanado 1 a 2 = ______________ Devanado 3 a 4=______________

7. a) Conecte el circuito que aparece en la figura 39-2. observe que el medidor de corriente I 2 pone en cortocircuito el devanado 5 a 6.

b) Conecte la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente de cortocircuito I 2 sea 0.4 A c-a.

c) Mida y anote I 1 y E1

I 1= _________________ A c-a

E 1= _________________V c-a I 2= _________________ A c-a

d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la

fuente de alimentación.

e) Calcule la relación de corriente:

I1 / I2 = ___________________

f) ¿Es igual la relación de corrientes a la relación de vueltas?_________ Explique por qué


8. a) Conecte el circuito que aparece en la

figura 39-3. observe que el medidor de corriente I 3 pone en cortocircuito al devanado 3 a 4.

b) Conecte la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente que pasa por el devanado primario I 1 sea 0.4 A c-a.

c) Mida y anote I3 y E1

I3 = ___________________ A c-a

E1= ___________________ V c-a

d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la

fuente de alimentación. e) Calcule la relación de corriente:

I 1 / I 3 = ________________

f) Considere esta relación d corriente, ¿es la inversa de la relación de vueltas?_______ Explique por qué

9. A continuación determinara el efecto de saturación del núcleo en la corriente de excitación de un transformador.

a) Conecte el circuito que se ilustra en la

figura 39-4. Observe que las terminales 4 y 5 de la fuente de alimentación se van a utilizar ahora. Estas terminales proporcionan un voltaje variable de 0-208 V c-a.

b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela

a 25 V c-a, tomando esta lectura en el voltímetro conectado a las terminales 4 y 5 de la fuente de alimentación.

c) Mida y anote la corriente de excitación, I1 , y el voltaje de salida E2 para cada voltaje de entrada que se indica en la tabla 39-1

E1V ca

I1mA ca

E2V ca

25

50

72

100

125

150

175

200


d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

10. a) Marque los valores de corriente anotados, en la grafica de la figura 39-5.Luego trace una curva continua que pase por todos los puntos marcados.

b) Observe que la corriente de magnetización aumenta rápidamente después de alcanzar cierto voltaje de entrada.

c) ¿Ha variado la relación de voltaje entre los dos devanados, debido a la saturación del núcleo?__________ Explique por qué

PRUEBA DE CONOCIMIENTO

1. Si la corriente de cortocircuito que pasa por el devanado secundario 9 a 6, fuera de 1 A c-a, ¿cuál seria la corriente que pasaría por el devanado primario 1 a 2?

____________________= _______________ A c-a

2. Si se pone en cortocircuito el devanado secundario 7 a 8 y el devanado primario 5 a 6 toma una corriente de 0.5 A c-a:

a) Calcule la corriente de cortocircuito que pasa por el devanado 7 a 8.

_______________________=____________A c-a

b) ¿Por qué se deben realizar estas pruebas con la mayor rapidez posible?

3. Si se aplica 120 V c-a al devanado3 a 4, indique los voltajes que se tendrán en:

a) Devanado 1 a 2= ___________ V c-a

b) Devanado 5 a 9= ___________ V c-a

c) Devanado 7 a 8= ___________ V c-a

d) Devanado 5 a 6= ___________ V c-a


4. ¿Cuál de los devanados del Procedimiento 7 disipa mas calor?______ ¿Por qué?

5. Si se aplicara un voltaje de 120 V c-a al

devanado 1 a 2 con el devanado 5 a 6 en circuito:

a) ¿Cuál seria la corriente de cada devanado?

b) ¿Cuántas veces es mayor esta corriente que su valor normal?

c) ¿Cuántas veces es mayor el calor generado

en los devanados en estas condiciones, que en condiciones normales?

.



EXPERIENCIA 40 POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR OBJETIVOS

1. Determinar la polaridad de los devanados del transformador.

2. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie aditiva.

3. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie substractiva.

EXPOSICIÓN Cuando se energiza el devanado de un transformador por medio de una fuente de c-a, se establece un flujo magnético alterno en el núcleo del transformador. Este flujo alterno concatena las vueltas de cada devanado del transformador induciendo así voltajes de c-a en ellos. Estudie el circuito que se ilustra en la figura 40-1.

por definición, un voltaje en c-a cambia

continuamente su valor y su polaridad, por lo tanto, el voltaje aplicado al devanado primario (terminales 1 y 2) cambia constantemente la polaridad de la terminal 1 con respecto a la de la terminal 2. por consiguiente, el flujo magnético alterno induce voltajes de c-a en cada par de terminales. Las terminales de cada devanado también cambian de polaridad la una en relación a la otra.

Cuando se habla de la “polaridad” de los devanados de un transformador, se trata de identificar todas las terminales que tienen la misma polaridad (positiva o negativa) en el mismo instante. Por lo común se utilizan marcas de polaridad para identificar estas terminales. Estas marcas pueden ser puntos negros, cruces, números, letras o cualquier otro signo que indique cuáles terminales tienen la

misma polaridad. Por ejemplo, en la figura 40-1 se utilizaron puntos negros. Estos puntos negros, o “marcas de polaridad” señalan que en un instante dado, Cuando 1 es positivo con respecto a 2,

3 es positivo con respecto a 4, 6 es positivo con respecto a 5, 7 es positivo con respecto a 8, y 10 es positivo con respecto a 9.

Conviene hacer notar que un a terminal no puede ser positiva por sí sola, sólo puede serlo con respecto a otra terminal. En consecuencia, en cualquier momento dado, las terminales 1,3,6,7 y 10 son todas positivas con respecto a las terminales 2,4,5,8 y 9. Cuando las baterías (o celdas) se conectan en serie para obtener un voltaje de salid, la terminal positiva de una de las baterías se debe conectar con la terminal negativa de la siguiente. Cuando se conectan en esta forma, los voltajes individuales se suman. De igual manera, si los devanados del transformador se conectan en serie para que su voltajes individuales se sumen o sean aditivos, la terminal con la “marca de polaridad” de un devanado se debe conectar a la terminal “no marcada” del otro devanado. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120V c-a, 0-120V c-d) EMS 8821 Módulo de Medición de c-a (250/250/250V) EMS 8426 Módulo de medición de c-d (20/200V) EMS 8412 Módulo de transformador EMS 8341 Cables de Conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS: Advertencia: ¡ En este experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡ No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡ La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

1. a) Conecte el medidor de 0-20V c-d a la salida variable en c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N.

b) Conecte la fuente de alimentación y ajústatela lentamente a un voltaje de 10V c-d.


c) Sin tocar la perilla de control del voltaje, desconecte la fuente de energía y desconecte el medidor.

d) Conecte el circuito ilustrado en la figura 40-2 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación de c-d. Observe que el medidor de 200V c-d se conecta a las terminales 3 y 4.

e) Observe la deflexión de la aguja del

voltímetro de c-d en el momento en que se cierra el interruptor de la fuente de alimentación. Si la aguja del voltímetro se desvía momentáneamente a la derecha, las terminales 1 y 3 tienen la misma marca de polaridad. (La terminal 1 se conecta al lado positivo de la fuente de alimentación en c-d, y la terminal 3 al polo positivo del voltímetro.)

f) ¿Cuáles terminales son positivas en los devanados 1 a 2 y 3 a 4?________________

g) Desconecte el voltímetro de c-d del devanado 3 a 4, y conéctelo al devanado 5 a 6. Repita la operación (e).

h) ¿Cuáles terminales son positivas en los devanados 1 a 2 y 5 a 6? ________________

i) Vuelva el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

2. En este procedimiento se conectarán en serie dos devanados de un transformador; al observar los efectos que esto produce, se apreciará la importancia de la polaridad.

a) Conecte el circuito ilustrado en la Figura 40-3, utilizando el Módulo EMS de medición de c-a. Observe que la terminal 1 se conecta con la 5.

Polaridad del Transformador

b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 104V c-a (la mitad del voltaje nominal del devanado 3 a 4). c) Mida y anote los voltajes en las terminales siguientes:

E 1 a 2 = __________________ V c-a

E 5 a 6 = __________________ V c-a

E 2 a 6 = __________________ V c-a


e) Quite la conexión entre terminales 1 y 5. Conecte las terminales 1 y 6, y luego conecte el voltímetro a las terminales 2 y 5, como se indica en la figura 40-4.

f) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 104V c-a.


g) Mida y anote los voltajes en las siguientes terminales:

E 1 a 2 = __________________ V c-a

E 5 a 6= __________________ V c-a

E 2 a 5 = __________________ V c-a

h) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

i) Explique por qué el voltaje con dos devanados en serie es aproximadamente cero en un caso, y casi 120V c-a en el otro. __________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

j) ¿Cuáles terminales tienen la misma polaridad? 3. a) Estudie el circuito que aparece en la figura 40-5 Observe que el devanado 3 a 4 está conectado a una fuente de alimentación de 104V c-a ¡No conecte el circuito todavía!

40-4 b) ¿Cuál es el voltaje inducido en el devanado 1 a 2? -------------------- V c-a c) Si el devanado 1 a 2 se conecta el serie con el devanado 3 a 4, ¿cuáles son los tres voltajes de salida que se pueden obtener?_________ V c-a __________ V c-a ___________ y V c-a. d) Conecte el circuito ilustrado en la figura 40-5 y conecte los devanados en serie, uniendo las terminales 1 y 3. e) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 104V c-a. Mida y anote el voltaje entre las terminales 2 y 4.

E 2 a 4 = __________________ V c-a

f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

g) Quite la conexión entre las terminales 1 y 3 y conecte las terminales 1 y 4.

h) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 104V c-a. Mida y anote el voltaje entre las terminales 2 y 3 y 1a 2.

E 2 a 3 = __________________ V c-a E 1 a 2 = __________________ V c-a

i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

j) ¿Coinciden los resultados de (e) y (h) con lo previsto en (c)? _________________ Amplíe Respuesta. __________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________


__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

k) ¿Cuáles terminales tienen la misma polaridad? __________________________________________

______________________________________

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1. Suponga que tiene una fuente de alimentación de 120V c-a y que todos los devanados del modulo de transformador desarrollan su voltaje nominal; a continuación, se dejaron espacios para que usted indique como conectaría los devanados para obtener los siguientes voltajes.

a) 240 volts: b) 88 volts:

Polaridad del transformador c) 180 volts:

d) 92 volts:



EXPERIMENTO DE LABORATORIO N° 41 REGULACION DEL TRANSFORMADOR OBJETIVOS 1. Estudiar la regulación de voltaje del

transformador con cargas variables. 2. Estudiar la regulación del transformador con

cargas inductivas y capacitivas. EXPOSICION La carga de un transformador de potencia, en una subestación, usualmente varía desde un valor muy pequeño en las primeras horas de la mañana, hasta valores muy elevados durante los períodos de mayor actividad industrial y comercial. El voltaje secundario del transformador variará un poco con la carga y, puesto que los motores, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción so muy sensibles a los cambios en el voltaje, la regulación del transformador tiene una importancia vital. El voltaje secundario depende también de si el factor de potencia de la carga es adelantado, atrasado o es la unidad. Por lo tanto se debe conocer la forma e que el transformador se comportará cuando se le somete una carga capacitiva, inductiva o resistiva. Si el transformador fuera perfecto (ideal), sus devanados no tendrían ninguna resistencia. Es más, no requeriría ninguna potencia reactiva (vars) para establecer el campo magnético en su interior. Este transformador tendría una regulación perfecta en todas las condiciones de carga y el voltaje del secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia de devanado y requieren una potencia reactiva para producir sus campos magnéticos. En consecuencia, los devanados primarios y secundarios poseen una resistencia general R y una resistencia general X. El circuito equivalente de un transformador de potencia que tiene una relación de vueltas 1 a 1, se puede representar aproximadamente por medio del circuito que aparece en la fig. 41-1. Las terminales reales del transformador son P1 P2 en el lado del primario y S1 S2 en el secundario.

Se supone que el transformador mostrado entre estas terminales, es un transformador perfecto (ideal) en serie el cual tiene una impedancia R y otras imperfecciones representadas por X. Es evidente que si el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variará con la carga debido a R y X.

Cuando la carga es capacitiva, se presenta una características interesantes, ya que se establece una resonancia parcial entre la capacitancia y la reactancia X, de modo que el voltaje secundario E2, incluso tiende a aumentar conforme se incrementa el valor de la carga capacitiva.

FIGURA 41-1

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación (0-120V c-a) EMS 8821 Módulo de medición de c-a(250/250V)EMS8426 Módulo de medición de c-a (0.5/0.5A)EMS 8425 Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de inductancia EMS 8321 Módulo de capacitancia EMS 8331 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe conectarse después de hacer cada medición!

Universidad Bicentenaria de Aragua 41- 1

FIGURA 41-2 1. Conecte el circuito ilustrado en la figura 41-2 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, resistencia y medición de C.A 2. a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a, tomando esta lectura en el voltímetro E1. c) Mida y anote en la tabla 41-1, la corriente de salida I2 y el voltaje de salida E2. d) Ajuste la resistencia de carga ZL a 1200 ohms. Cerciórese de que el voltaje de entrada se mantiene exactamente a 120V c-a. Mida y anote I1, I2 y E2. e) Repita el procedimiento (d) para cada valor indicado en la tabla 41-1. f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

ZL (ohms)

I2 (mA c-a)

E2 (V c-a)

I1 (mA c-a)

∞

1200

600

400

300

240

Tabla 41-1

3. a) Calcule la regulación del transformador utilizando los voltajes de salida en vacío y a plena carga anotados en la Tabla 41-1. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ = ___________ % b) ¿Son equivalentes el valor de VA del devanado primario y el del devanado secundario para cada valor de resistencia de carga indicado en la Tabla? ____________ Amplíe su respuesta. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. a) Repita el procedimiento 2 utilizando módulos EMS 8321 de inductancia en un lugar de la carga de resistencia. b) Anote las mediciones obtenidas en la Tabla 41-2.

ZL (ohms)

I2 (mA c-a)

E2 (V c-a)

I1 (mA c-a)

∞

1200

600

400

300

240

Tabla 41-2

5. a) Repita el procedimiento 2 utilizando el Módulo EMS 8331, de capacitancia, en su lugar de la carga de resistencia. b) Anote sus mediciones en la Tabla 41-3


ZL

(ohms) I2

(mA c-a) E2

(V c-a) I1

(mA c-a) ∞

1200

600

400

300

240

Tabla 41-3

6. A continuación trazará la curva de regulación del voltaje de salida E2 en función de la corriente de salida I2 para cada tipo de carga del transformador.

a) En la gráfica de la figura 41-3, marque los valores de E2 obtenidos para cada valor de I2 en la Tabla 41-1. b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados. Identifique esta curva como “carga resistiva”.

c) Repita el procedimiento (a) para las cargas inductivas (Tabla 41-2) y la capacitiva (Tabla 41-3). En esta curva deberá escribir “carga inductiva” y “carga capacitiva”.

100 200 300 400 CORRIENTE EN LA CARGA (I2) mA c-a

Figura 41-3

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Explique por qué el voltaje de salida aumenta cuando se utiliza una carga capacitiva. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Un transformador tiene una impedancia muy baja (R y X pequeña):

a) ¿Qué efecto tiene esto en la regulación? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

V O 130 L T A 125 J E 120 D E 115 C A R 110 G A 105 (E2)V c-a

b) ¿Qué efecto tiene en la corriente de corto

circuito? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. ¿Es aproximadamente igual el calentamiento de un transformador cuando la carga es resistiva, inductiva o capacitiva, para el mismo valor nominal de VA? _________ ¿Por qué? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



EXPERIMENTO DE LABORATORIO N° 42 EL AUTOTRANSFORMADOR OBJETIVOS 1. Estudiar la relación de voltaje y corriente de

un autotransformador. 2. Aprender cómo se conecta un transformador

estándar para que trabaje como autotransformador.

EXPOSICION

Existe un tipo especial de transformador que solo tiene un devanado. Sin embargo, desde el punto de vista funcional, dicho devanado sirve a la vez corno primario y secundario. Esta clase de transformador se denomina autotransformador. Cuando se utiliza un autotransformador para elevar el voltaje, una parte del devanado actúa como primario y el devanado completo sirve de secundario. Cuando se usa un autotransformador para reducir el voltaje, todo el devanado actúa corno primario, y parte del devanado funciona como secundario.

En las Figuras 42-1 (a) y 42-1 (b), se ilustran unos autotransformadores conectados para funcionar en tal forma que eleven o reduzcan el voltaje.

La acción del autotransformador es básicamente la misma que la del transformador normal de dos devanados. La potencia se transfiere del primario al secundario por medio del campo magnético variable y el secundario, a su vez, regula la corriente del primario para establecer la condición requerida de igualdad de potencia en el primario y el secundario. La magnitud de la reducción o la multiplicación de voltaje depende de la relación existente entre el número de vueltas del primario y del secundario, contando cada devanado por separado, sin importar que algunas vueltas son comunes tanto al primario como al secundario.

Los voltajes Y las corrientes de diversos

devanados se pueden determinar mediante dos reglas sencillas.

a) La potencia aparente del Primario (VA) es igual a la potencia aparente del Secundario(VA).

(1) (VA)p = (VA)s

(2) Ep Ip = Es Is

b) El voltaje del primario (de fuente) y el del secundario (carga) son directamente proporcionales al número de vueltas N. Ep /Es =Np / Ns

Por lo tanto, en la Figura 42-1 (a)

Ep = NAab = NAab Es NAab + Nbac NAac

y, en la Figura 42-1 (b):

Ep = NAab + Nbac = NAac Es NAab NAaB

Estas ecuaciones dependen de un hecho

importante que los voltajes EAab y EAac se suman en el mismo sentido no se oponen entre si. Se ha supuesto que los voltajes están en fase. Por supuesto la corriente de carga no puede


sobrepasar la capacidad nominal de corriente del devanado. Una vez que se conoce este dato es relativamente fácil calcular la carga VA que puede proporcionar un determinado autotransformador. Una desventaja del autotransformador es que no tiene aislamiento entre los circuitos del primario y el secundario, ya que ambos utilizan algunas vueltas en común. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Modulo del transformador EMS 8341 Modulo de fuente de alimentación (0-120/208Vca) EMS 8821 Modulo de medición de c-a (0.5/0.5A) EMS8425 Modulo de medición de c-a (l00/250V) EMS8426 Modulo de resistencia EMS8311 Cables de conexión EMS8941 PROCEDIM IENTOS Advertencia: ¡ En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡ La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1.- Se usa el circuito que aparece en la

Figura 42-1 utilizando los Módulos EMS de transformador. fuente de alimentación, resistencia y medición de CA. Observe que el devanado 5 a 6 se conecta como el primario, a la fuente de alimentación de 120V c-a. La derivación central del devanado, terminal 9, se conecta a un lado de la carga, y la porción 6 a 9 del devanado primario se conecta como devanado secundario.

2. a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia, para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a según lo indique el voltí-metro E1 (Este es el voltaje nominal para el devanado 5 a 6.

El auto transformador

c) Ajuste la resistencia de carga RL a 120 d) Mida y anote las corrientes I1,I2 y el

voltaje de salida E2. I1= _________ A c-a

I2 = __________ A c-a E2=__________ V c-a

e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

3. a) Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario. E1 __________xI1 __________= ________(VA)p E2 __________xI2 __________=_________(VA)s b) ¿Son aproximadamente iguales estas dos potencias aparentes? ____________ - Amplíe su respuesta. e)¿Se trata de un auto transformador elevador reductor?


4-. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 42-3. Observe que el devanado 6 a 9 ahora esta conectado como devanado primario, a la fuente de 60V c-a mientras que el devanado 5 a 6 esta conectado como secundario.

5. a) Cerciórese de que todos los interruptores del Modulo de Resistencia estén abiertos de modo que se obtenga una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación ajústela exactamente a 60V c-a, según lo indique el voltí-metro E1 (Este es el voltaje nominal del devanado 6 a 9 )

e) Ajuste la resistencia de carga R1 a 600ohms

d) Mida y anote las corrientes I1, I2y el voltaje de

salida E2 I1 = _________ A c-a I2 = __________ A c-a E2 =__________ V c-a e)Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 6. a) Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario.

E1 ______ x11______ = ______(VA)p E2 _______ x12______ = _______(VA) b) ¿Son aproximadamente iguales las dos potencias aparentes? ________ Amplíe su respuesta. c) ¿Se trata de un autotransformador elevador o reductor? PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1. Un transformador estándar tiene un valor nominal de 60kVA. Los voltajes del primario y del secundario tienen un valor nominal de 600 volts y 120 volts respectivamente.

b) ¿Si el devanado primario se conecta a 600Vc que

carga en KVA se puede conectar el devanado secundario?


2.- Si el transformador de la Pregunta 1 se conecta como autotransforrnador a 600V c-a:

a) ¿Cuáles serán los voltajes de salida que pueden obtenerse utilizando diferentes conexiones?

b) Calcule la carga en kVA que el transformador puede proporcionar para cada uno de los voltajes de salidas indicados.

c) Calcule las corrientes de los devanados para cada voltaje de salida e indique si exceden los valores nominales

3. Si usa el Módulo EMS de transformador

y la fuente fija de 120V c-a. Cual devanado usaría como primario y cuál como secundario, para obtener un voltaje de salida de:

a) 148V c-a

b) 328V c-a

c) 224V c-a

d) 300V c-a



EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 43 TRANSFORMADORES EN PARALELO OBJETIVOS 1. Aprender cómo se conectan los transformadores

en paralelo. 2. Determinar la eficiencia de los transformadores

conectados en paralelo. EXPOSICIÓN

Los transformadores se pueden conectar en paralelo para proporcionar corrientes de carga mayores que la corriente nominal de cada transformador. Cuando los transformadores se conectan en paralelo, es necesario tener en cuenta las siguientes reglas:

1. Los derivados que van a conectarse en paralelo

deben tener el mismo valor nominal de voltaje de salida.

2. los devanados que se van a conectar en paralelo deben tener polaridades idénticas. Si no se siguen estas reglas, se pueden producir

corrientes de corto circuito excesivamente grandes. En efecto, los transformadores, los interruptores y los circuitos asociados pueden sufrir graves daños e incluso explotar, si las corrientes de corto circuito alcanzan cierto nivel.

La eficiencia de cualquier máquina o

dispositivo eléctrico se determina, usando la relación de la potencia de salida a la potencia de entrada. (La potencia aparente y la potencia reactiva no se utilizan para calcular la eficiencia de los transformadores). La ecuación de la eficiencia en % es:

% de eficiencia = potencia real de salida x 100 potencia real de entrada INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120V c-a) EMS 8821 Módulo de transformador (2) EMS 8341 Módulo de watímetro monofásico (750W)EMS 8431 Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5A) EMS 8425 Módulo de medición de c-a (250/250V) EMS 8426 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! Figura 43-1


1. Conecte el circuito que aparece en la Figura 43-1 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, vatímetro, resistencia y medición de c-a. Observe que los dos transformadores están conectados en paralelo. Los devanados primarios (1 a 2) se conectan a la fuente de alimentación de 120V c-a. El vatímetro indicará la potencia de entrada. Cada devanado secundario (3 a 4) se conecta en paralelo con la carga RL. Los amperímetros se conectan para medir la corriente de carga IL y las corrientes de los secundarios de los transformadores I1 e I2. 2. Ponga todos los interruptores de resistencia en la posición “abierto” para tener una corriente de carga igual a cero. Observe que los devanados se conectan para funcionar como transformador elevador (120 volts del primario a 208 volts del secundario). 3. Antes de seguir adelante pídale al maestro que revise el circuito y dé su visto bueno. 4. a) Conecte la fuente de alimentación y haga girar lentamente la perilla de control del voltaje de salida, mientras que observa los medidores de corriente de los secundarios de los transformadores, I1 e I2, así como el medidor de la corriente de carga IL. Si los devanados están debidamente faseados, no habrá ninguna corriente de carga, ni corrientes en los secundarios. b) Ajuste el voltaje de la fuente de alimentación 120V c-a según lo indica el voltímetro conectado a través del watímetro. 5. a) Aumente gradualmente la carga RL, hasta que la corriente de carga IL, sea igual a 500 mA c-a. Revise el circuito para comprobar que el voltaje de entrada es exactamente 120V c-a.

b) Mida y anote el voltaje de carga, la corriente de carga, las corrientes en los secundarios de los transformadores y la potencia de entrada.

EL = V c-a IL = A c-a I1 = A c-a I2 = A c-a

Pentrada = W

c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

6. a) Calcule la potencia en la carga. EL________x IL _________ = _________ W

b) Calcule la eficiencia del circuito.

Psalida ______/Pentrada ______ x 100 = ______ %

c) Calcule las pérdidas del transformador.

Pentrada ______/Psalida ______ = ______ W

d) Calcule la potencia entregada por el transformador 1. I1________x EL _________ = _________ W

e) Calcule la potencia entregada por el trasformador 2.

I2________x EL _________ = _________ W 7. ¿Esta distribuida la carga, más o menos uniformemente entre los dos transformadores? ____ Amplíe su respuesta. __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________



1. Indique cómo conectaría en paralelo los trasformadores a la fuente y la carga, en la Figura 43-2. Los devanados 1 a 2 y 3 a 4, tienen un valor nominal de 2.4 kV c-a y los devanados 5 a 6 y 7 a 8, tiene un valor nominal de 400V c-a.

Figura 43-2 2. La eficiencia de un transformador que proporciona una carga capacitiva pura, es cero. Explique esto: __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ 3. Enumere las pérdidas que hacen que un transformador se caliente: __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________



EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 44 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION

OBJETIVO

1. Entender como funciona el

transformador de distribución estándar con devanado secundario de 120/240 V.

EXPOSICION

La mayoría de los transformadores de distribución que suministran potencia a las casas particulares y comerciales tienen un devanado de alto voltaje que sirve como primario. El devanado secundario proporciona 120V para el alumbrado y el funcionamiento de aparatos pequeños, y también puede dar 240V para estufas, calentadores, secadoras electricas,etc. El secundario puede estar constituido por dos devanados independientes conectados en serie.

En este Experimento de Laboratorio se mostrara la forma en que el transformador reacciona a diferentes valores de carga.

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

Modulo de fuente de alimentación (0-120/208V a-c) EMS 8821 Modulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5A) EMS 8425 Modulo de medición de c-a (250/250/250V) EMS 8426 Modulo de transformador EMS 8341 Modulo de resistencia EMS 8311 Modulo de inductancia EMS 8321 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia en este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

• 1. Conecte el circuito ilustrado en la fig.44-1, usando los Módulos EMS de transformador, Resistencia, Fuente de Alimentación y Medición de c-a. Observe que el devanado primario (3 a 4) va conectado a la salida de 0-208V c-a de la fuente de alimentación, es decir, las terminales 4 y 5. Los devanados secundarios del transformador 1 a 2 y 5 a 6, se conectan en serie para obtener 240V c-a entre puntos A y B. Para R1 y R2 utilice secciones sencillas de Modulo de resistencia.

• 2. a) Cerciórese de que todos los interruptores de resistencia estén abiertos.

• b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-a, según lo indica el voltímetro de la fuente de alimentación.

• c) Mida y anote en la tabla 44-1, el voltaje total de la salida del transformador Et, los voltajes en cada una del las cargas, E1 y E2, las corrientes de la línea I1 e I2 y la corriente de hilo neutro In.

• 3. a) Ponga 300Ω en cada circuito de carga, cerrando los interruptores correspondientes.

• b) Mida y anote las cantidades en la tabla 44-1.

• c) ¿Por qué la corriente de hilo neutro es igual a cero?.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


• 4. a) Ponga 1200Ω en la carga R2,

mientras que deja 300Ω en la carga R1. • b) Mida y anote todas las

cantidades. • c) Reduzca el voltaje a cero y

desconecte la fuente de alimentación. • d) ¿Es igual la corriente del hilo

neutro a la diferencia entre las os corrientes de línea?__________________

• 5. a) Desconecte el hilo neutro del transformador quitando la conexión entre el transformador y el medidor de corriente del neutro In.

• b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-a, según lo indica el voltímetro de la fuente de alimentación.

• c) Mida y anote todas las cantidades.

• d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

• e) Si la carga R1 y R2 fueran lámparas incandescentes de una casa, ¿Qué se observa?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Tabla 44 - 1

• 6. a) Vuelva a conectar la línea del

neutro del transformador al medidor de la corriente en el neutro In.

• b) Sustituya la carga R2 con el modulo de inductancia.

• c) Ajuste R1 a una inductancia de 400Ω.

• d) Ajuste R2 a una reactancia inductancia inductiva Xl de 400Ω.

• e) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-a.

• f) Mida y anote todas las cantidades.

• g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

• h) ¿Es igual la corriente en el hilo neutro a la diferencia aritmética entre las corrientes de línea?____________Amplié su respuesta.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Numero de procedimiento

R1Ω

R2 I1 Ω mA

I2 mA

In mA

E1 V

E2 V

Et V

2 ( c ) ∞ ∞

3 ( b ) 300 300

4 ( b ) 300 1200

5 ( c ) 300 1200

6 ( f ) 400 400



1. El sistema de potencia eléctrica instalado en una casa es de 120/240 c-a y tiene las siguientes cargas:

Línea 1 a neutro 7 Lámparas de 60W c/u 1 Lámpara de 100W 1 Motor (5A c-a) Línea 2 a neutro 1 Televisor de 200W 1 Tostador de 1200 W 4 Lámparas de 40W c/u Línea 1 a línea 2 1 Secadora de 2kW 1 Estufa de 1Kw a) Calcule las corrientes de la línea

1, la 2 y el hilo neutro (suponga que el factor de potencia es de 100% en todos los aparatos).

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Línea 1 =________A c-a ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Línea 2 =________A c-a

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Neutral___________A c-a

b) Si se abre el conductor neutro, ¿Cuáles lámparas brillaran más y cuales menos?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Un transformador de distribución de

2400V a 120/240V, tiene una capacidad de 60kVA:

a) ¿Cuál es la corriente de línea

nominal del secundario (240V)?. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ b) Si la carga se coloca toda en

un lado (línea a neutro, 120V), ¿Cuál es la máxima carga que el transformador puede soportar sin sobrecalentarse?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 45 CIRCUITOS TRIFASICOS Introducción: Un sistema polifásico está formado por dos o más tensiones iguales con diferencias de fase constantes que suministran energía a las cargas conectadas a las líneas. En un sistema de dos fases, o bifásicos, la diferencia de fase entre las tensiones es de 90 grados, mientras que en los trifásicos dicha diferencia es de 120. Los sistemas de seis o más fases se utilizan a veces en rectificadores polifásicos para obtener una tensión rectificada poco ondulada, pero los sistemas trifásicos son comúnmente utilizados para la generación y transmisión de la energía eléctrica. Las tensiones inducidas en las tres bobinas igualmente espaciadas presentan una diferencia de fase de 120 grados, una vez que la bobina A alcance un máximo le sigue la B y después la C; en este caso se le denomina secuencia ABC, en esta secuencia los fasores giran en sentido contrario a las agujas del reloj, tomando como referencia un punto fijo. La rotación de los fasores en sentido contrario daría lugar a la secuencia CBA. Dependiendo de las conexiones de los extremos de los inductores estos darán origen a una conexión delta o estrella OBJETIVOS: 1.- Estudiar la relación entre el valor del voltaje y el de la corriente en circuitos trifásicos. 2.- Aprender cómo se hacen las conexiones en delta y estrella. 3.- Calcular la potencia en circuitos trifásicos. MATERIAL A UTILZAR DURANTE EL DESARROLLO DE LAS PRACTICAS: Módulo de punto de alimentación ( 120v/208v/3f ) EMS - 821 Módulo de medición de ca (250v/250v/250v) EMS - 8426 Módulo de medición de c-a

(0.5/0.5/0.5A) EMS - 8425 Módulo de Resistencia EMS – 8311 Cables de Conexión EMS - 8941 Advertencia: Durante el desarrollo de este experimento se manejan altas tensiones!, Evite realizar conexiones cuando la fuente este conectada, la misma debe desconectarse después de hacer cada medición. Procedimientos: 1.- a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fig. 45-1, utilizando los módulos EMS de fuente de alimentación y medición de c-a.

b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a neutro exactamente a 120v c-a (según lo indique el voltímetro de la fuente de alimentación).

c) Mida y anote cada voltaje de línea a línea.

E = _____________ V c-a


E = ______________ V c-a E = ______________ V c-a


e) Calcule el valor medio del voltaje de

línea a línea _______________________________________

____________________________________

_______________________________________

___________ E línea a línea = _______ V c-a

2.- a) Vuelva a conectar los tres voltímetros con el fin de medir el voltaje de cada línea al neutro.

b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a neutro exactamente a 102v c-a (según lo indique el voltímetro de la fuente de alimentación).

c) Mida y anote cada voltaje de línea al neutro. E 4 a N ___________________ V c-a E 5 a N ___________________ V c-a E 6 a N ___________________ V c-a

d) Vuelva el voltaje a cero y desconecte la

fuente de alimentación. e) Calcule el valor medio del voltaje de

línea al neutro.

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

______ E línea a neutro = ____________ V c-a

3.- a) Calcule la relación entre el valor medio del voltaje de línea a línea y el valor medio del voltaje de línea a neutro.

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

____________________________

E línea a línea / E línea al neutro = __________

b) Considere esta relación y diga y diga y es aproximadamente igual a la raíz cuadrada de tres (1.73).

4.- a) Repita los procedimientos 1 y 2; pero en esta ocasión mida los voltajes desde las terminales de salida fija de la fuente de alimentación. E 1 a 2= ______ V c-a E 1 a N = _____ V c-a E 2 a 3 = _____V c-a E 2 a N = ______ V c-a E 1 a 3 = _____V c-a E 3 a N = _____ V c-a b) Son más o menos iguales los voltajes fijos de línea a línea y de línea a neutro? _______________________.

c) Es monofásico o trifásico el voltaje entre los terminales cualesquiera?

_______________________________________

5.- a) Conecte el circuito en Estrella como se ilustra en la Fig. 45-2, usando los módulos EMS de resistencia y Medición de c-a. Utilice secciones de resistencia sencillas para las cargas R1, R2, R3. No conecte el neutro del módulo de resistencias al neutro de la fuente de alimentación.


b) Ajuste cada sección de resistencia a 400

ohms.

c) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208 V c-a.

d) Mida y anote los voltajes y las corrientes

que pasan por las tres resistencias de carga R1, R2 y R3.

E1 = ______ V c-a I1 = _____ A c-a E2 = ______ V c-a I2 = _____ A c-a E3 = ______ V c-a I3 = _____ A c-a

e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la

fuente de alimentación. f) Están, más o menos, bien balanceadas

las corrientes y los voltajes? _____________.

g) Calcule el valor medio del voltaje de carga.

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

______________________________

_____________ Ecarga = ___________ V c-a.

h) Cuál es el valor medio del voltaje de línea a línea? ( De acuerdo con el procedimiento 1 “e””.

E línea a línea/ Ecarga = ____________ V c-a.

i) Calcule la relación entre el valor medio del voltaje de línea a línea y el valor medio del voltaje de carga.

E línea a línea / E carga = ____________ V c-a

j) Es ésta una relación aproximadamente igual a la raíz cuadrada de tres (1,73).

k) Calcule la potencia disipada por cada

resistencia de carga.

P1 = ________________ W P2 = ________________ W P3 = ________________ W

l) Calcule la potencia trifásica total Pt .

Pt = _______________ W

6.- a) Conecte el circuito en Delta, ilustrado en la figura anterior Fig.45-3.

b) Ajuste cada sección de resistencias a 400 ohms.

c) Conecte la fuente de alimentación y

ajústela a 120 v c-a, línea a línea.


d) Mida y anote los voltajes y las

corrientes de las tres resistencias de carga R1, R2 y R3.

E1 = ______ V c-a I1 = _____ A c-a E2 = ______ V c-a I2 = _____ A c-a

E3 = ______ V c-a 3 = _____ A c-a


f) Están más o menos bien balanceados

los voltajes y las corrientes? _________.

g) Calcule el valor medio de la corriente

de carga: _______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

______________ I línea = __________ A c-a

m) Calcule la relación que hay entre el valor

medio de la corriente de línea y el valor de la corriente de carga.

I línea I carga = _________________ A

n) Es ésta una relación aproximadamente igual a la raíz de tres (1.73)

o) Calcule la potencia que disipa cada

resistencia de carga.

P1 = ______________ W P2 = ______________ W P3 = ______________ W p) Calcule la potencia trifásica total Pt Pt = ___________ W.

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS:

1.- En un circuito conectado en estrella, si el voltaje de línea a línea es de 346 v, Cuál es el voltaje de línea a neutro?. _______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

__________________________

2.- En un circuito conectado en delta, la

corriente es de 20 Amper en cada resistencia de

carga. Cuál es la corriente de línea?.

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_________________________

3.- En un circuito conectado en estrella, la corriente es de 10 amp en cada resistencia de carga, Cuál es la corriente de línea?. _______________________________________

_______________________________________


_______________________________________

________________________

4.- Tres cargas con una resistencia de 10 ohms cada una, se conectan en estrella. La potencia trifásica total es de 3000 watts, Cuál es el voltaje de línea a línea de la fuente de alimentación?. _______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_____________________

5.- Se conectan tres resistencias de 11 ohms en delta a una línea trifásica de 440 v. a) Cuál es la corriente de línea? b) Cuál es la potencia trifásica total? _______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

______.



EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 46 WATTS, VARS Y VOLTAMPERES TRIFASICOS OBJETIVOS

1. Determinar la potencia aparente, real y reactiva de los circuitos trifásicos. 2. Aprender a calcular el factor de potencia en circuitos trifásicos

EXPOSICION

En el Experimento de laboratorio Nº 45, se calculó la potencia real de un circuito trifásico. A continuación se vera que la potencia reactiva (ya sea capacitiva o inductiva) también se puede calcular en forma análoga. Por consiguiente, la potencia aparente y el factor de potencia también se pueden calcular en el caso de circuitos trifásicos balanceados. INSTRUMENTO Y EQUIPO

Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V/3ø) EMS 8821 Módulo de medición de c-a (250/250/250V) EMS 8426 Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5V) EMS 8425 Figura 46-1

Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de inductancia EMS 8321 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No hagan ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

1. a) Use módulos EMS de inductancia, fuente de alimentación y medición de c-a, para conectar el circuito ESTRELLA que se ilustra en la figura 46-1. Use una sección sencilla de inductancia para cada una de las cargas L1, L2 y L3. No conecte el neutro del modulo de inductancia al neutro de la

fuente de alimentación b) Ajuste cada sección de inductancia a una reactancia a 300 ohms. c) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-d. d) Mida y anote los voltajes y las corrientes de las tres cargas inductivas L1, L2 y L3. E1= _______ V c-d I1= ________A c-d E2= ________ V c-d I2= ________ A c-d E3= ________ V c-d I3= _________ A c-d


f) ¿Están más o menos bien balaceados los voltajes y las corrientes? _____________________

g) ¿Cuál es el valor medio de la corriente de línea? __________________________________________ ________________Ilinea= ________________A c-d

h) ¿Cuál es el valor del voltaje de línea a línea? Elinea a linea=__________________ V c-d


i) Calcule la potencia reactiva de cada una de las cargas inductivas. E1 x I1 = _________________________var (L1 ) E2 x I2 =___________________________var (L2) E3 x I3 = __________________________var (L3 ) j) Calcule la potencia reactiva total trifásica, usando la suna de (i). varL1 + varL2 + varL3 = ____________________var k) Calcule la potencia reactiva total trifásica, utilizándolos valores de línea tomados de (g) y (h). Elinea a llnea x Ilinea x 1.73 = ___________ var l) ¿Coincide la potencia reactiva total encontrada en (j) con la potencia total encontrada en (k) ?

2. a) Use las secciones individuales del Módulo EMS de Resistencia para agregar una resistencia en serie con cada una de las cargas inductivas, como se indica en la figura 46-2. No conecte el neutro del Módulo de resistencia con el neutro de la fuente de alimentación.

b) ajuste la sección de resistencia a 400

ohms, cuidando que cada sección de inductancia se mantenga a una reactancia de 300 ohms.

c) conecte la fuente de alimentación y

ajústela a 208V c-d.

d) mida y anote las corrientes de línea y los voltajes aplicados a cada una de las cargas inductivas, L1.L2, L3.

Figura 46-2

e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Vuelva a conectar cada uno de los voltímetros, como se indica en la Figura 46-3.

Figura 46-3

f) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-d.

g) Mida y anote el voltaje aplicado a cada

carga resistiva R1, R2 y R3.

E4= ___________ V c-d

E5 = ___________ V c-d


E6 = ___________ V c-d

h) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

i) Calcule la potencia real total disipada en las tres resistencias, utilizando los resultados de (d) y (g).

E4_________x I1_________ = _______________W

E5_________x I2 _________ = ______________W

E6 _________ x I3 ________ = _______________W

Total de potencia trifásica real = ____________ W j) Calcule la potencia reactiva total en los

tres inductores, utilizando los resultados de (d). E1_________x I1________ = _______________ var E2 _________x I2________= _______________ var E3 _________x I3________ = ______________ var Total de potencia reactiva trifasica: ________ var k) calcule el total de la potencia aparente trifasica utilizando los resultados de (i) y (j). (W_______)2 + (var______)2 = ___________ (VA)2

Total de potencia aparente trifásica 3ø = ______VA l) Calcule la potencia aparente trifásica total, mediante la formula: Elinea a linea x Ilinea x 1.73 = _____________ VA m) ¿Concuerdan bastante bien el valor de la potencia aparente total encontrado en (k), con el total determinado en (l) ? ____________________ n) Calcule el factor de potencia utilizando las potencias totales real y aparente trifásica: W__________/ VA ______________ = _________


1. Un motor trifásico toma una corriente de 10 amperes en una línea de 440 volts, siendo su factor de potencia del 80 por ciento.

a) Calcule la potencia aparente:

__________________________________________ __________________________________________ __________________=____________________VA

b) Calcule la potencia real. __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ ______________=________________________W

c) Calcule la potencia reactiva. __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ _________________=_____________________var


2. Un transformador trifásico entrega 120kVA el voltaje de línea a línea.

a) calcule la potencia por línea:

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

_________________=_____________________A



EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 47 MEDICIÓN DE LA POTENCIA TRIFÁSICA OBJETIVOS

1. Medir potencia de un circuito trifásico, utilizando el método de los dos vatímetros.

2. 2. Determinar la potencia activa o reactiva, así como el factor de potencia de un sistema trifásico.

EXPOSICIÓN

El vatímetro, usado para medir potencia, es un instrumento cuyo diseño se parece al del electro dinamómetro. Este medidor tiene casi siempre dos bobinas, una fija y la otra que puede girar dentro del campo magnético de la primera. El devanado fijo se conecta en serie con la línea de tal manera que lleve corriente con la línea . La bobina móvil que tiene una resistencia alta, se conecta a través de la carga (esa porción del circuito en la que la potencia se debe medir). Por lo tanto, la pequeña corriente de la bobina es proporcional al voltaje entre estas dos terminales. Esta bobina al girar vence la acción de un soporte helicoidal, y, puesto que el par es proporcional al producto de los valores de las corrientes delas dos bobinas, también es proporcional al producto de la corriente I y el voltaje E. En consecuencia, la escala se puede grabar directamente en watts. Estudie la figura 47-1. La bobina móvil de voltaje V se conecta a través de la carga. La defección resultante es directamente proporcional a la potencia real entregada de la carga.

Si se desea medir la potencia suministrada por un sistema trifásico de cuatro hilos, simplemente se

usa tres vatímetros monofásicos conectados en la forma que se encuentra en la figura 47-2, y se suman las tres lecturas No obstante, cuando el sistema es trifásico y de tres hilos o conductores, solo se utilizan dos vatímetros monofásicos para medir la potencia vea figura 47-3 Las dos bobinas de voltaje se conectan a la línea restante. Obsérvese que no se hace ninguna conexión al hilo neutro. La potencia trifásica total es igual a la suma algebraica de la lectura de loa dos vatímetros. Para cargas balanceadas a un factor de potencia igual a I, las indicaciones de los dos vatímetros serán idénticas. Cuando el factor de potencia de la carga es 50 por ciento, un indicador indicara cero y el otro indicara la potencia trifásica total. Para factores de potencia intermedios entre 50 y 100 por ciento, un indicador indicara una potencia mayor que la del otro. Para factores de potencia inferiores al 5 por ciento, la indicación de uno de los medidores será negativa y el total de la potencia trifásica será la que indique un medidor menos la potencia negativa que indica el otro. A un factor de potencia igual a cero, los vatímetros indicaran valores idénticos pero de signos contrarios, dando en total de potencia cero. Por consiguiente, existe una relación especifica entre las indicaciones de los medidores para cada valor del factor de potencia del circuito. El Modulo EMS de vatímetro trifásico 8441, se compone de dos vatímetros y tiene una conexión tal que solo se requiere conectar las líneas trifasicaza los terminales de entrada 1, 2 y 3. La carga sec conecta a los terminales de salida 4, 5 y 6. Los interruptores con marcas de polaridad indican si


las facturas dadas por el medidor son positivas o negativas. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS Modulo de fuente de alimentación (0-120 / 208 V) EMS 8821 Modulo de vatímetro trifásico EMS 8441 Modulo de medición de c.a (250 /250 /250 V) EMS 8426 Modulo de medición de c.a (0.5 /0.5 /0.5 A) EMS 8425 Modulo de resistencia EMS 8311 Modulo d inductancia EMS 8321 Modulo de capacitan cía EMS 8331 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡ En Este experimento de laboratorio se manejan altos valores! ¡ No haga ninguna conexión cuando la fuente esta conectada! ¡La fuente debe desconectarse depuse de hacer cada conexión! 1.- Conecte el circuito ilustrado en la figura 47-4 utilizando los Módulos EMS de vatímetro trifásico, fuente de alimentación, resistencia y medición de c,a 2.- a) Ajuste la resistencia de cada sección de 300 ohms.

b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de la línea a 208V c.a, según lo indique el voltímetro V. c) Mida y anote la corriente de línea I1 y la potencia indicada por W1 y W2. I1= --------------- A c.a, P1= -------------- W P2= -------------- W d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 3.- De acuerdo con los resultados obtenidos en (c) calcule lo valores trifásicos de: Potencia aparente ( E1 x I1 x 1.73) ________ ______________________= _________VA Potencia real__________________________ ______________________= ___________W Factor de potencia______________________ ______________________= _____________ b) ¿Es cercano a la unidad el valor del factor de potencia?_____________________ Amplié su respuesta _____________________________________________________________________________________________________________________________ 4.- a) Sustituya el modulo de resistencia con el de capacitan cía. b) Ajuste la reactancia de cada sección a 300 ohms. c) Repita el procedimiento 2. I1= ___________ A c.a. P1= ___________ W P2= ___________ W P1 + P2= ___________ W


d) De acuerdo con los resultados de ( c ) calcule los siguientes valores trifásicos: Potencia aparente:

__________________________________________

_________________= _______________VA

.

Potencia real

__________________________________________

__________________________________________

_____________________= ________________W

Factor de potencia ____________________________= ___________ Potencia aparente __________________________________________

__________________________________________

______________________= _____________var.

5.- a) Reemplace el modelo de capacitan cía con el de la industria. b) Ajuste la reactancia de cada sección a 300 ohms. c) Repita el procedimiento 2. I1= ___________ A c.a. P1= ___________ W P2= ___________ W P1 + P2= ___________ W d) De acuerdo con los resultados obtenidos en (c), calcule los siguientes valores trifásicos. ______________________________________ ____________________= _____________VA Potencia real ___________________________ ______________________________________ ____________________= ______________W Factor de potencia ______________________ ______________________________________ ____________________= ________________

Potencia reactiva ________________________ ______________________________________ ____________________= _____________var PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1.- Si se usan dos vatímetros para medir la potencia total en un sistema trifásico de tres conductores, ¿ mide una potencia monofásica cada medidor ? Explíquelo

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

_______

2.- ¿Qué significa la indicación negativa de un vatímetro ? __________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

_________________________

3.- ¿Bastaría con un solo vatímetro para medir la potencia trifásica total en un sistema trifásico balanceado de cuatro hilos? _____________________________________ Explique por que:

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

_______

4.- ¿ Es necesario utilizar do wattimetros para medir

la potencia trifásica total en un sistema balanceado

de tres conductores ? __________


Explique porqué:

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

_______

5.- ¿Puede indicar cero un vatímetro que tiene una corriente que pasa por su bobina de corriente y un potencial en su bobina de voltaje ? _____________________________ Amplié su respuesta:

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

____


UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

LABORATORIO DE REDES II

SISTEMAS TRIFÁSICOS

SISTEMA TRIFASICO –CONEXIÓN ESTRELLA ( CARGAS EQUILIBRADAS CAPACITIVAS ) 1.- Arme el circuito de la figura 1 en Circuit Maker( carga equilibrada capacitiva )

R40.001

C3

265.258uF

C2

265.258uF

C1265.258uF

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

R317.32 R2

17.32

R117.32

R40.001

2.- Asigne a la fuente V1 un retardo ( Start Delay ) de 0 ms ; V2 ....... 5.555 ms equivalente a 120° de fase y a V3 .............11.111 ms equivalente a 240° de fase. 3.- Simule el circuito y obtenga la grafica de voltajes de fase V1 , V2 , y V3 y verifique si están desfasados en 120°.

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

125.0 V

75.00 V

25.00 V

-25.00 V

-75.00 V

-125.0 V

A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1

4.-A continuación seleccione con el mousse la ventana ‘ Wave ’ y seleccione la operación ‘ Math ‘ . Realice la operación resta V1 – V2 y presione aceptar. De esta manera obtendrá la tensión de línea

1

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

250.0

150.0

50.00

-50.00

-150.0

-250.0

A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 v1_1-v2_1

El valor de voltaje de línea es V1 – V2 = 5.- Realice teóricamente el diagrama fasorial de voltajes de fase y voltaje de línea 6.- Calcule teóricamente el valor de las corrientes de fase y haga el diagrama fasorial. Obtenga el grafico en Circuit Maker de corrientes de fase y compare con sus cálculos teóricos.

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

7.500 A

2.500 A

-2.500 A

-7.500 A

A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i]

7.- A continuación calcule teóricamente la Potencia Activa y Potencia Reactiva en la carga. Obtenga el grafico de potencia con Circuit maker.¿ Compare los resultados?

2

GRAFICO DE POTENCIA ACTIVA

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

800.0 W

600.0 W

400.0 W

200.0 W

0.000 W

A: r1[p] B: r3[p] C: r2[p]

GRAFICO DE POTENCIA REACTIVA

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

250.0 W

150.0 W

50.00 W

-50.00 W

-150.0 W

-250.0 W

A: c1[p] B: c2[p] C: c3[p]

8.- Arme el circuito de la figura 2 ( carga equilibrada inductiva ) y repita todos los pasos anteriores.

L29.378mH

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L19.378mH

R40.001

R13.5355

R33.5355 R2

3.5355

L19.378mH

3

9.- Calcule la corriente en el neutro . Verifique si cumple con la Ley de Nodos 10.- Arme el circuito de la figura 3 ( carga equilibrada conexión en triangulo)

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

C31uFC2

1uF

C11uF

R60.001

R50.001

R40.001

R31k

R21k

R11k

11.- Seleccione los ángulos de desfasaje de 120° en cada generador de señales V1 = 120V∠ 0° ; V2 = 120 V ∠ 120° ; V3 = 120V ∠ 240° empleando el mismo procedimiento de los casos anteriores. 12.- Grafique las tensiones de fase y de línea y anote los resultados :

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

125.0 V

75.00 V

25.00 V

-25.00 V

-75.00 V

-125.0 V

A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1

4

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

v1_1-v2_1 250.0

-250.0

v2_1-v3_1 250.0

-250.0

v3_1-v1_1 250.0

-250.0

13.- Grafique las corrientes de fase y de línea :

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

75.00mA

25.00mA

-25.00mA

-75.00mA

A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i]

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

150.0mA

50.00mA

-50.00mA

-150.0mA

A: r4[i] B: r5[i] C: r6[i]

14.- Haga el diagrama fasorial de tensión y de corriente

5

15.- Calcule teóricamente las corrientes de fase y de línea . Compare los resultados con la grafica en Circuit Maker. 16.- Grafique la Potencia Activa y Reactiva en la carga:

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

6.000 W

4.000 W

2.000 W

0.000 W

A: r1[p] B: r3[p] C: r2[p]

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

7.500 W

2.500 W

-2.500 W

-7.500 W

A: c1[p] B: c2[p] C: c3[p]

17.-Calcule las Potencias teóricamente y compare resultados

6

SISTEMA TRIFÁSICO – CONEXIÓN ESTRELLA -- ( CARGAS EQUILIBRADAS INDUCTIVAS) .

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L29.378mH

L13.678mH

R33.5355 R2

3.5355

R13.5355

VOLTAJE DE FASE A NEUTRO

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

125.0 V

75.00 V

25.00 V

-25.00 V

-75.00 V

-125.0 V

A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1

VOLTAJE DE LINEA A LINEA

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

250.0

150.0

50.00

-50.00

-150.0

-250.0

A: v1_1 B: v2_1 v1_1-v2_1

7

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L29.378mH

L19.378mH

R40.001

R33.5355 R2

3.5355

R13.5355

CORRIENTE DE LINEA

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

30.00 A 20.00 A 10.00 A 0.000 A -10.00 A -20.00 A -30.00 A

A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i]

POTENCIA ACTIVA

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

2.500kW

2.000kW

1.500kW

1.000kW

0.500kW

0.000kW

A: r1[p]

8

POTENCIA REACTIVA

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

1.250kW

0.750kW

0.250kW

-0.250kW

-0.750kW

-1.250kW

A: l2[p]

9

CIRCUITO TRIFÁSICO – CARGAS DESEQUILIBRADAS

1.- Arme en circuit maker el circuito de la figura 3 :

R40.001

L29.378mH

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L130mH

R13.5355

R33.5355 R2

20

R40.001

2.- Grafique con circuit maker la forma de onda de la corriente de fase y el neutro. Anote los valores correspondientes : IA = IB = IC = IN = 3.- Elabore el diagrama fasorial de este circuito y calcule teóricamente los valores de la corriente de fase y el neutro GRAFICA DE LAS CORRIENTES DE FASE Y NEUTRO :

L29.378mH

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L130mH

R40.001

R13.5355

R33.5355 R2

20

A

B C

D

10

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

30.00 A

10.00 A

-10.00 A

-30.00 A

A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i] D: r4[i]

4.- Calcule el Angulo de desfasaje entre las corrientes de línea ¿ Están desfasadas 120 °? GRAFICA DE POTENCIA ACTIVA .

L29.378mH

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L130mH

R40.001

R13.5355

R33.5355 R2

20

A

B C

11

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

A: r1[p] 2.500kW

0.000kW

B: r3[p] 2.500kW

0.000kW

C: r2[p] 600.0 W

0.000 W

GRAFICA DE POTENCIA REACTIVA :

L29.378mH

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

L39.378mH

L130mH

R40.001

R13.5355

R33.5355 R2

20A

BC

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

A: l2[p] 1.250kW

-1.250kW

B: l3[p] 1.250kW

-1.250kW

C: l1[p] 200.0 W

-200.0 W

12

SISTEMA TRIFÁSICO ABC DE TRES CONDUCTORES 208 V EN TRIANGULO.

CARGAS EQUILIBRADAS

60 Hz

V3-120/120V

60 Hz

V2-120/120V

60 Hz

V1-120/120V

C31uFC2

1uF

C11uF

R60.001

R50.001

R40.001

R31k

R21k

R11k

A

DIAGRAMA DE TENSIÓN DE LINEA VS CORRIENTE DE LINEA

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

v1_1-v2_1 250.0

-250.0 A: r4[i] 150.0mA

-150.0mA

Measurement C1 v1_1-v2_1 X: 36.108m Y: 207.46 2 r4[i] X: 34.209m Y: 127.01mCursor 2 - Cursor 1 X: -1.8994m Y: -207.34

13

GRAFICA DE LAS CORRIENTES DE LINEA

0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms

A: r4[i] 150.0mA

-150.0mAB: r5[i] 150.0mA

-150.0mAC: r6[i] 150.0mA

-150.0mA

Measurement C1 r4[i] X: 67.571m Y: 127.13m2 r6[i] X: 61.964m Y: 126.89mCursor 2 - Cursor 1 X: -5.6071m Y: -245.28u

GRAFICAS DE POTENCIA. ( POTENCIA ACTIVA )

POTENCIA REACTIVA :

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

7.500 W

2.500 W

-2.500 W

-7.500 W

A: c1[p]

Measurement Cursors 1 c1[p] X: 21.112m Y: 7.0845

GRAFICA DE VOLTAJES DE LINEA Y DE FASE

14

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

250.0

150.0

50.00 -50.00

-150.0

-250.0

A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 v1_1-v2_1 v2_1-v3_1 v3_1-v1_1

GRAFICAS DE CORRIENTE DE LINEA

0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms

A: r4[i] 150.0mA

-150.0mAB: r5[i] 150.0mA

-150.0mAC: r6[i] 150.0mA

-150.0mA

Measurement C1 r4[i] X: 17.670m Y: 126.90m2 r6[i] X: 23.143m Y: 126.92mCursor 2 - Cursor 1 X: 5.4732m Y: 22.329u

15


EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 48 CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS OBJETIVOS 1. Conectar transformadores en delta y estrella. 2. Estudiar las relaciones de corriente y voltaje.

EXPOSICIÓN El transformador trifásico puede ser un solo transformador o bien, tres transformadores monofásicos in-dependientes conectados en delta o en estrella. En algunas ocasiones sólo se usan dos transformadores. El voltaje trifásico de las líneas de potencia, generalmente, es de 208 volts, y los valores normales de voltaje monofásico (120V) se pueden obtener, en la forma que se indica en la Figura 48-1. Los devanados a, b y c, representan los tres secundarios del transformador conectados en estrella. Las líneas trifásicas se identifican con las letras A, B y C,y las conexiones monofásicas van de A, B o C al neutro (tierra). Los transformadores trifásicos deben conectarse correctamente a las líneas, para que funcionen de modo adecuado. Los cuatro tipos de conexión más usados son los siguientes: (véase la Figura 48-2). a) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en delta, o bien, delta-delta (Δ-Δ). b) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en estrella, o bien, estrella-estrella (Y-Y) e) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en delta, o bien, estrella-delta (Y- Δ)

FIGURA 48-1


FIGURA 48-2 d) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en estrella, o bien, delta-estrella (Δ -Y) De estas cuatro combinaciones, la que se utiliza con mayor frecuencia es la última, la delta-estrella. Sea cual fuere el método de conexión utilizado, los devanados deben conectarse en tal forma que tengan las debidas relaciones de fase. Para determinarlas en un secundario conectado en estrella, el voltaje se mide a través de dos devanados, como se indica en la Figura 48-3 (a). El voltaje A á B debe ser igual a √3 veces el voltaje que haya a través de cualquiera de los devanados. Si el voltaje A a B es igual al de cualquiera de los devanados, uno de estos devanados debe invertirse. El tercer devanado, C, se conecta entonces como se señala en la Figura 48-3 (b), y el voltaje C a A ó B, también debe ser igual a √3 veces el voltaje de cualquiera de los devanados. Si no es así, habrá que invertir el devanado c.

FIGURA 48 - 3 Para determinar las relaciones de fase apropiadas en un secundario conectado en delta, el voltaje se mide en los dos devanados, como se ilustra en la Figura 48-4 (a). El voltaje A a C de cualquiera de los devanados. Si no es así, uno de los devanados se debe invertir. Entonces el devanado c se conecta como se indica en la Figura 48-4 (b), y el voltaje a través de los tres devanados C1 a C, debe ser igual a cero. De no ser así, el devanado c se debe invertir. Las terminales abiertas (Cl y C) se conectan entonces y el transformador tiene las relaciones de fase adecuadas para una conexión en delta, como se indica en la Figura 48-4 (c). Advertencia: La delta nunca debe cerrarse antes de comprobar que el voltaje dentro de ella es cero. Si no es así, y la delta se cierra, la corriente resultante tendrá la magnitud de un corto circuito y dañara el transformador.

FIGURA 48-4


Con una conexión estrella-estrella la relación de vueltas entre el devanado primario y el secundario es la misma que la que se tiene en un transformador monofásico independiente. El voltaje de salida de la conexión delta-delta depende también de la relación de vueltas entre los devanados primario y secundario. La conexión delta-estrella tiene una relación más elevada de voltaje trifásico que cualquiera de las otras conexiones, la delta-delta o la estrella-estrella. Esto se debe a que el voltaje entre dos devanados cualquiera del secundario en estrella, es igual a √3 veces el voltaje de línea a neutro en ellos. La conexión estrella-delta es la opuesta a la conexión delta-estrella.

INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V 3Ø) EMS 8821 Módulo de medición de c-a (250/250/250V) EMS 8426 Módulos de transformador (3) EMS8341 Cables de conexión EMS 8941

PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

1. a) El circuito que aparece en la Figura 48-5 tiene tres transformadores conectados en una configuración ______________________________.

b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES CALCULADOS

E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V

E10=_____V, E11=_____V, E12______V

e) Conecte el circuito tal y como se indica.

d) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a línea de 120V c-a.

e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES MEDIDOS

E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V

f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los voltajes indicados.


FIGURA 48-5

2. a) El circuito que aparece en la Figura 48-6 tiene tres transformadores conectados en una configuración ______________________________.

b) Calcule los valores de voltaje esperados y anótelos en los espacios correspondientes.

VALORES CALCULADOS


c) Conecte el circuito tal y como se ilustra.

d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta un voltaje de línea a línea de 90V c-a.

e) Mida los voltajes señalados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES MEDIDOS

E1=______V, E2=_____V, E3_______V

E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V

f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los voltajes indicados.

FIGURA 48-6


3. a) El circuito que se ilustra en la Figura 48-7 tiene tres transformadores conectados en la configuración _______________________________ b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES CALCULADOS


FIGURA 48 -7

c) Conecte el circuito tal y como se indica. Abra el secundario conectado en delta en el punto "A" y conecte un voltímetro al circuito abierto.

d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro conectado a la delta abierta, en el punto "A" no debe indicar ningún voltaje apreciable si las conexiones en la fase debida. Se tendrá un pequeño voltaje ya que, normalmente, no todos los voltajes trifásicos de una fuente trifásica son idénticos y, también, habrá pequeñas diferencias en los tres transformadores.


f) Desconecte el voltímetro y cierre el circuito en delta en el punto "A".

g) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta alcanzar un voltaje de línea a línea de 120V c-a.

h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en el espacio correspondiente.

VALORES MEDIDOS

E1=______V, E2=_____V, E3_______V

E4=______V, E5=_____V, E6_______V


E7=_____V, E8=______V, E9_______V

i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (g),(h) e (i), hasta que se hayan medido los voltajes indicados.

4. a) El circuito que aparece en la Figura 48-8 tiene tres transformadores conectados en una configuración

b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES CALCULADOS

E1=_____V, E2=_____V, E3_______V

E4= ____V, E5=_____V, E6_______V

c) Conecte el circuito como se indica. Abra el

secundario conectando en delta en el punto "A" y conecte el voltímetro a través de la delta abierta.

d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro conectado a la delta abierta, en el punto "A", no indicará ningún voltaje apreciable si las conexiones en delta tienen la fase debida.


f) Desconecte el voltímetro y cierre el circuito de la delta en el punto "A".

g) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta obtener un voltaje de línea a línea de 20V c-a.

h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES CALCULADOS

E1=_____V, E2=_____V, E3_______V

E4= ____V, E5=_____V, E6_______V

i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de .alimentación. Repita los procedimientos (g),(h) e (i), hasta que haya medido todos los voltajes señalados.

FIGURA 48 – 8

5. a) El circuito de la Figura 48-9 tiene dos transformadores conectados en una configuración delta abierta.

b ) Calcule los Voltajes y anote los valores en los espacios correspondientes.


VALORES CALCULADOS

E1= ____V, E2=_____V, E3_______V

E4= _____V, E5=____V, E6_______V

c) Conecte el circuito tal y como se indica.

d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente hasta tener un voltaje de línea a línea de 120V c-a.

e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes.

VALORES MEDIDOS

E1= ____V, E2=_____V, E3_______V

E4= _____V, E5=____V, E6_______V

f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la

fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d),(e) y (f), hasta que se hayan medido todos los voltajes indicados.

FIGURA 48 – 9


1. Compare los resultados de los Procedimientos 4 y 5.

a) ¿ hay una diferencia de voltaje entre la

figuración delta – delta y la configuración delta

abierta.

b) ¿se tiene el mismo valor nominal de VA en la

configuración delta – delta y en la configuración

delta abierta? _________ ¿Por

qué?________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________

c) Si se aumentaran los valores de corriente nominal de cada devanado, ¿podrían obtenerse tan buenos resultados con la configuración de delta abierta, como se tienen con la configuración de delta –delta? _______________________ Explique ¿Por qué? ________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________


__________________________________________

____________________________________

2. Si cada transformador tiene una capacidad de 60kVA. ¿Cuál es el total de la potencia trifásica que se puede obtener en cada una de las cinco configuraciones? A) estrella – estrella: ______________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

______________ =________________kVA

B) estrella-delta : _________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

______________ =________________kVA

C) Delta – estrella: _______________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

______________ =________________kVA

D) delta- delta : __________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

______________ =________________kVA

E) delta abierta:__________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

______________ =________________kVA

3. Si una de las polaridades del devanado

secundario se invirtiera, en el Procedimiento 1:

A) ¿Se tendría un cortocircuito

directo?___________________________

B) ¿ Se calentaría el transformador?

__________________________________

C) ¿Se desbalancearían los voltajes del

primario? _______________________

D) ¿ Se desbalancearían los voltajes

secundarios? _______________________

4. Si se invirtiera una de las polaridades del

devanado secundario del procedimiento 4:

A) ¿Se produciría un cortocircuito directo?

___________________________

B) ¿ Se calentaría el transformador?

__________________________________

C) ¿Se desbalancearían los voltajes del

primario? _______________________

E) ¿ Se desbalancearían los voltajes

secundarios? _______________________



EXPERIENCIA 49. Filtros Pasa Bajo, Filtros Pasa Alto, Filtros Pasa Banda, Filtros Eliminador de Banda.

1. Objetivo de la Unidad a. Determinar las frecuencias de Corte

en Circuitos RL y RC de 1er orden en filtros pasa bajo y pasa alto.

b. Analizar la operación de los filtros pasa banda

2. procedimiento de la practica:

2.1 Filtros pasa bajo de 1er orden RC

- Monte en circuit Maker el siguiente circuito

Vo

C10.01uF

R11.5k

100 Hz

Gen

C10.01uF

• Ajuste el generador de señales para obtener una onda senoidal de 10 Vpp a 100Hz.

• Varíe la frecuencia entre 100Hz y 50 KHz

• Haga la grafica del filtro (atenuación Vs Frecuencia utilizando Circuit Maker

• Determine la frecuencia de Corte

Fc= ______________Hz • Elabore la gráfica de atenuación del

filtro y la grafica de fase empleando papel semilog.

• Determine el ángulo de fase para la frecuencia de corte.

∅c= ___________ Nota: elabore una tabla y mida Vo, Vi, ∅ para diferentes valores de frecuencia. • Compare los valores obtenidos con

los valores teóricos.

2.2 Filtro Pasa Bajo de primer orden RL

• Monte el siguiente circuito en

circuit maker

R11.5k

L110mH Vo

100 Hz

Gen

R11.5k

• Ajuste el generador de señales para

obtener una onda senoidal de 10 Vpp a 1kHz.

• Varíe la frecuencia entre 1kHz y 50 KHz.

• Calcule teóricamente la frecuencia de corte

• Haga la grafica del filtro (atenuación Vs Frecuencia) utilizando Circuit Maker

• Determine la frecuencia de Corte Fc= ______________Hz • Elabore la grafica de atenuación del

filtro y la grafica de fase empleando papel semilog.

• Determine el ángulo de fase para la frecuencia de corte.

∅c= ___________

Universidad Bicentenaria de Aragua 49 – 1

Nota: elabore una tabla y mida Vo, Vi, ∅ para diferentes valores de frecuencia. • Compare los valores obtenidos con los

valores teóricos.

2.3 filtro Pasa Bajo de segundo Orden

C10.1uF

L10.225H Vo

100 Hz

Gen

R11.5k

L10.225H

• Ajuste el generador de señales para

obtener una onda senoidal de 10 Vpp a 100Hz.

• Varíe la frecuencia entre 100Hz y 50 KHz

• Haga la grafica del filtro (atenuación vs. Frecuencia utilizando Circuit Maker

• Determine la frecuencia de corte y el ángulo de fase a esa frecuencia

Fc= ______________Hz ∅c= ___________

• Determine la pendiente de la curva de este filtro de Segundo orden.

• Realice la gráfica del filtro en papel semilog

2.4 Filtro Pasa Banda

VoC1

0.01uFL1

10mH

1kHz

Gen

R11.5k

• Ajuste el generador de onda senoidal

10Vpp, 5KHz.

• Conecte el circuito con el programa Circuit Maker y anote Vo

Vo=___________

• Ajuste el generador con una

frecuencia F1 < Fo hasta obtener una atenuación de –3db

F1=____________Hz

• Ajuste el generador con una

frecuencia F2 > Fo hasta obtener una atenuación de –3db

F2=____________Hz

• Calcular el ancho de banda B

B = ____________ • Obtenga la curva de atenuación del

filtro pasa banda con el circuit Maker.

• Calcular teóricamente la frecuencia de resonancia del circuito y compare con el resultado experimental.

• Elaborar el diagrama de atenuación del filtro en papel semilog.

2.5 Filtro Supresor de Banda.

Vo

C10.01uF

L110mH

1kHz

Gen

R11.5k

• Ajuste la frecuencia del generador

hasta obtener la frecuencia de resonancia del circuito.


Fo=______________Hz • Obtenga los valores de la frecuencia de

corte correspondiente a una atenuación de –3db

F1=___________Hz, F2=____________Hz. • Hallar el ancho de banda del filtro. B = ______________

• Obtenga la curva de atenuación del

filtro con el simulador Circuit Maker y calcule los parámetros del circuito, F0, F1, F2, B.

• Dibuje la curva de atenuación del filtro en papel semilog.

• Aumente el valor del condensador en el circuito y calcule los parámetros del filtro en esas condiciones.


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