Laboratorios de Circuitos Eléctricos2 PARTE 2 (1)

Escuela de Ingeniera Elctrica ___________________________________________________________________________________

Gua de Circuitos Elctricos 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERIAS DE PRODUCCIN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

CONEXIN DE IMPEDANCIAS I.- OBJETIVO: Analizar y verificar en forma experimental la relacin que existe entre la tensin y

la corriente en las impedancias de un circuito elctrico, verificando as la ley de Ohm; utilizando el mtodo indirecto del voltmetro y ampermetro.

Conocer las diferentes conexiones de las impedancias. II.- MARCO TERICO: Asociaciones generales de resistencias: a) Serie y b) Paralelo. c) Mixta, d) Estrella - triangulo. Se denomina impedancia equivalente, Ztotal, de una asociacin respecto de dos puntos A y B, a aquella que conectada la misma diferencia de potencial, UAB, demanda la misma intensidad, I. Esto significa que ante las mismas condiciones, la asociacin y su impedancia equivalente disipan la misma potencia.

Asociacin en serie

Dos o ms impedancias se encuentran conectadas en serie cuando al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, todas ellas son recorridas por la misma corriente. Por lo tanto, la impedancia equivalente a n impedancias montadas en serie es igual a la suma de dichas impedancias.

Asociacin en paralelo Dos o ms impedancias se encuentran en paralelo cuando tienen dos terminales comunes de modo que al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, UAB, todas la impedancias tienen la misma cada de tensin, UAB. Por lo que la impedancia equivalente de una asociacin en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada una de las impedancias.

Asociacin mixta

En una asociacin mixta podemos encontrarnos conjuntos de impedancias en serie con conjuntos de impedancias en paralelo.

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Asociaciones estrella y tringulo

En la figura se pueden observarse respectivamente las asociaciones estrella y tringulo, tambin llamadas T y o delta respectivamente. Este tipo de asociaciones son comunes en las cargas trifsicas.

III.- ELEMENTOS A UTILIZAR:

- 08 Resistencia Variable 0-44 ohmios 08 de 180 ohmios - 1 Ampermetro c.c., analgico, 0-1-5 amp. - 1 variac monofsico - 02 Multmetro digitales - 1 Puente de diodos. - conductores de conexin. - 5 condensadores de diferentes valores

IV.- ACTIVIDADES: a) Calibrar las resistencias a los valores indicados en la siguiente figura. b) Armar el circuito de la figura 1, adjunta.




Circuito 1

b) Regular en el variac monofsico hasta obtener en el voltmetro V, la tensin de 30V de corriente alterna.

Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8

40 18 , 50uF 12 28 , 30uF 80 50 9 6 , 70uF

c) Ir reduciendo el circuito paso a paso e ir midiendo en cada reduccin la corriente y el voltaje, para comprobar el circuito equivalente. Para variar el valor de las impedancias se tendr que desenergizar el circuito primero.

Tabla 1 Punto A(amp) V(v) Zab()=V / I

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V. CUESTIONARIO:

1.- Qu es una impedancia y de qu depende su valor? 2. Qu tipos de conexin existen en las impedancias?

3. Analizar los circuitos en forma terica y compararlos con los experimentales. Son iguales? Por qu?

4. Qu tipos de impedancias existen y cul es el uso de cada uno?. 5.- Enumere y explique todos los tipos de resistencias existentes.

6.- Enumere y explique todos los tipos de inductancias existentes. 7.- Enumere y explique todos los tipos de capacitores existentes.

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor nmero de palabras, 05 de cada una como mnimo.

VII BIBLIOGRAFIA: Indicar la bibliografa utilizada o la pgina web NOTA: Las observaciones y conclusiones son de carcter personal






POTENCIA ELECTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA

I. OBJETIVO

Analizar y verificar en forma experimental la potencia activa, reactiva y aparente de los circuitos elctricos de corriente alterna, mediante el vatmetro monofsico y el voltmetro ampermetro. Analizar y verificar el procedimiento correcto para la utilizacin y funcionamiento del instrumento vatmetro.

II. MARCO TERICO:

En circuitos AC se presenta la siguiente situacin, en una resistencia el voltaje y la corriente siempre estn en fase y la resistencia siempre es pasiva, todo el tiempo la energa elctrica se convierte en calor; los condensadores y las bobinas almacenan energa y producen un ngulo de fase de 90 entre la corriente y el voltaje por lo que por periodos son activos y periodos son pasivos, significa que estos elementos devuelven energa hacia los generadores; en un circuito AC en general se consideran tres tipos de potencia: Potencia aparente (S): corresponde a la potencia total que enva la fuente al circuito de carga, es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva, segn se muestra en la siguiente figura. Se representa por S y se mide en voltiamperios (VA). Para una tensin dada la potencia aparente es proporcional a la intensidad que circula por la instalacin elctrica:

Potencia activa (P): corresponde a la potencia que realmente utiliza el circuito, representa la capacidad de una instalacin elctrica para transformar la energa elctrica en trabajo til: mecnica (movimiento o fuerza), lumnica,




trmica, qumica, etc. Esta potencia es realmente la consumida en una instalacin elctrica. Se representa por P y se mide en vatios (W).:

Donde es el ngulo de fase entre el voltaje y la corriente, al cos se le llama el factor de potencia.

Potencia reactiva (Q): La potencia reactiva (y la energa reactiva) no es una potencia (energa) realmente consumida en la instalacin, ya que no produce trabajo til debido a que su valor medio es nulo. Aparece en una instalacin elctrica en la que existen bobinas o condensadores, y es necesaria para crear campos magnticos y elctricos en dichos componentes. Se representa por Q y se mide en voltiamperios reactivos (VAr).

:

III. ELEMENTOS A UTILIZAR

- 01 variac monofsico - 02 resistencia variable 0-44 ohmios - 01 Multimetro digitales - 01 ampermetro analgico - 01 vatmetro electrodinmico 0-120 v, 5A - 01 vatmetro digital - 5 condensadores, Conductores de conexin

IV. ACTIVIDADES a) Armar el circuito de la siguiente figura:

b) Regulando el variac monofsico obtener en el voltmetro VT una tensin

de 80 voltios.

c) Variando la resistencia R1 desde su mximo valor de 88 ohmios hasta 20 ohmios como mnimo, y para diferentes capacitores en el circuito, no deber de circular ms de 2.75 A en el circuito, registrar los valores V1, V2, A, W del circuito para 08 valores de R1 y C.

Punto A(amp) V1 (V) V2 (V) VT W (watts) R1 () C (uF)




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Potencias consumidas

R1 C STOTAL PTOTAL QTOTAL

Punto P1 =W P1=I2 R1 P1 = Vr2 / R1 Qc=I2 XC Qc = Vc2 / XC

1

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Para registrar los valores anteriores se deber tener en cuenta de no exceder los 2.75 amperios en el circuito (corriente mxima para el variac monofsico).

V CUESTIONARIO

1. Explicar el principio de funcionamiento del vatmetro. 2. Qu es la potencia elctrica activa? 3. Qu es la potencia elctrica reactiva? 4. Qu es la potencia elctrica aparente? 5. Cmo se conecta el vatmetro? Dibuje el esquema. 6. Qu instrumentos nos permiten encontrar la potencia elctrica

activa que consume un circuito?




7. Qu instrumentos nos permiten encontrar la potencia elctrica reactiva que consume un circuito?

8. Qu instrumentos nos permiten encontrar la potencia elctrica aparente que consume un circuito?

9. Dibujar el diagrama fasorial completo correspondiente al circuito armado.

10. A partir de los datos, hallar las potencias activa, reactiva y aparente tericas.

11. A partir de los datos experimentales, hallar las potencias activa, reactiva y aparente experimentales.

12. En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes entre los valores tericos y experimentales.

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor nmero de palabras

VII BIBLIOGRAFIA: Indique la bibliografa utilizada o la pagina web..






MEDIDA DE LA POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS TRIFSICOS PARTE 1

I. OBJETIVO

Analizar y verificar en forma experimental la medida de potencia en circuitos trifsicos utilizando el mtodo de los tres vatmetros y el vatmetro trifsico en conexin Aron.

II. MARCO TEORICO

Un sistema trifsico es una combinacin de tres sistemas monofsicos, cuyas ondas senoidales estn desfasadas 120. Como consecuencia la Potencia suministrada es igual a las potencias absorbidas por cada una de las fases, sin importar que conexin tengan, sea en estrella o tringulo, en todos los casos la potencia total del sistema es igual a la suma de las potencias correspondientes a cada fase del sistema trifsico considerado.

PT = PR + PS + PT

Sin embargo un sistema trifsico puede tener dos tipos de cargas: cargas equilibradas y desequilibradas, que van a variar las caractersticas del sistema trifsico y por ende el mtodo en que se debe efectuar la medicin de potencia.

Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifsica. Cargas Equilibradas En muchas ocasiones, por ejemplo, en motores elctricos grandes, en aparatos de calefaccin, etc. Las tres fases estn igualmente cargadas, se dice que se trata de cargas equilibradas. Es decir que por cada fase va a circular la misma corriente, y los ngulos de desfase son tambien iguales. En este caso entonces la potencia total va a ser:

PT = 3 Pf = 3Vf If cos

Es decir que para la medicin de la potencia trifsica es un sistema equilibrado, se puede utilizar un solo vatimetro monofsico y multiplicar los valores obtenidos por tres. Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifsica. Cargas Desequilibradas Este es el caso ms general que puede presentarse. En este caso se emplea la expresin general de la potencia:

PT = Pf1 + Pf2 +Pf3 = VR IR cos R + VS IS cos S + VT IT cos T

Mtodo de tres vatmetros Por lo tanto deben de utilizarse tres vatmetros. Cada vatmetro leer entonces una corriente de lnea y un voltaje de fase. El sistema de los tres vatmetros permite medir y observar separadamente los procesos elctricos en cada una de las fases de un sistema trifsico desequilibrado. Resulta particularmente apropiado en el




caso de pequeas potencias y grandes desfases. Sin embargo para la medicin de potencias en sistemas trifsicos desequilibrados se utiliza principalmente el sistema de los dos vatmetros o sistema Aron.

Mtodo de dos vatmetros o Mtodo de Aron Permite las mediciones de potencia en circuitos de corriente alterna trifsica de tres conductores, equilibrados o desequilibrados. Respecto al mtodo anterior presenta las siguientes ventajas: Resulta mucho ms fcil y econmico efectuar lecturas simultneas de dos

vatmetros que de tres. Permite el empleo de un solo aparato de medida, con dos sistemas de medida

y cuya escala indica directamente la potencia a medir. En el sistema Aron las tensiones aplicadas a las bobinas voltimtricas son las tensiones de lnea, el principio de la bobina Voltimtrica (+- *) debe estar conectado a la misma fase en la cual esta intercalada la bobina amperimtrica, y al final de la bobina Voltimtrica, debe conectarse a la fase que no tiene ninguna bobina amperimtrica intercalada (es decir a la fase libre). Entonces la potencia total trifsica ser igual a la suma de los dos vatmetros:

PT = P1 + P2 III. ELEMENTOS A UTILIZAR

- 01 fuente de alimentacin trifsica variable (Variac trifsico) - 03 vatmetros monofsicos 220V 5A - 01 vatmetro trifsico 220V, 5A - 03 resistencias variables 0-44 ohmios 4A - 03 ampermetros iguales de 0-5A - 02 voltmetro 0-250V - 03 condensadores de 50uf 300V, - conductores para conexiones

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

6. Colocar las escalas de los instrumentos en su mximo valor como primera precaucin.

7. Calibrar la tensin de salida a 220 V, tensin trifsica. 8. Energizar el circuito y utilizar las resistencias de 88 ohmios (02 resistencias de

44 en serie), medir los valores en los instrumentos para cada variacin de las resistencias R,

9. Medir los valores de los condensadores. 10. Armar el circuito de la figura adjunta y Registrar los siguientes valores.

Figura 3




N V1

(Vfase) V2

(Vfase) V3

(Vfase) A1 A2 A3 W1 W2 W3 Pt exp= W1+W2+W3 W3

1

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5

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V CUESTIONARIO 1. Explicar el Mtodo de Medicin de los

Tres vatmetros para medir potencia trifsica. 2. A partir de los datos experimentales, calcular la potencia activa total, la potencia

reactiva total suministrada al circuito, el factor de potencia y la potencia aparente total para cada variacin de Z (R-C).

3. Con los datos de los valores de las impedancias obtenidos obtener la Potencia activa terica, la potencia reactiva total suministrada al circuito, el factor de potencia y la potencia aparente total terica, y compararlos con los resultados obtenidos de los vatmetros experimentalmente.

4. Hallar los valores tericos y dar las divergencias de los valores tericos y experimentales de la potencia trifsica, dando el error absoluto y relativo porcentual referido al valor terico en forma tabulada.

5. Qu mtodos existen para realizar las mediciones de la potencia trifsica? Explique cada uno

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Dar sus conclusiones y observaciones en forma clara y concisa, como mnimo 5 conclusiones las ms importantes del experimento realizado

VII. BIBLIOGRAFIA Indique la bibliografa o pgina web que utilizo.

N R C1 C2 C3

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MEDIDA DE LA POTENCIA ELECTRICA EN CIRCUITOS TRIFSICOS PARTE 2

I. OBJETIVO Analizar y verificar en forma experimental la medida de potencia en circuitos trifsicos utilizando el mtodo de los tres vatmetros y el vatmetro trifsico en conexin Aron.

II. MARCO TEORICO

Un sistema trifsico es una combinacin de tres sistemas monofsicos, cuyas ondas senoidales estn desfasadas 120. Como consecuencia la Potencia suministrada es igual a las potencias absorbidas por cada una de las fases, sin importar que conexin tengan, sea en estrella o tringulo, en todos los casos la potencia total del sistema es igual a la suma de las potencias correspondientes a cada fase del sistema trifsico considerado.

PT = PR + PS + PT

Sin embargo un sistema trifsico puede tener dos tipos de cargas: cargas equilibradas y desequilibradas, que van a variar las caractersticas del sistema trifsico y por ende el mtodo en que se debe efectuar la medicin de potencia.

Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifsica. Cargas Equilibradas En muchas ocasiones, por ejemplo, en motores elctricos grandes, en aparatos de calefaccin, etc. Las tres fases estn igualmente cargadas, se dice que se trata de cargas equilibradas. Es decir que por cada fase va a circular la misma corriente, y los ngulos de desfase son tambien iguales. En este caso entonces la potencia total va a ser:

PT = 3 Pf = 3Vf If cos

Es decir que para la medicin de la potencia trifsica es un sistema equilibrado, se puede utilizar un solo vatimetro monofsico y multiplicar los valores obtenidos por tres. Mediciones de Potencia Activa en corriente alterna trifsica. Cargas Desequilibradas Este es el caso ms general que puede presentarse. En este caso se emplea la expresin general de la potencia:

PT = Pf1 + Pf2 +Pf3 = VR IR cos R + VS IS cos S + VT IT cos T

Mtodo de tres vatmetros Por lo tanto deben de utilizarse tres vatmetros. Cada vatmetro leer entonces una corriente de lnea y un voltaje de fase. El sistema de los tres vatmetros permite medir y observar separadamente los procesos elctricos en cada una de las fases de un sistema trifsico desequilibrado. Resulta particularmente apropiado en el caso de pequeas potencias y grandes desfases. Sin embargo para la medicin de




potencias en sistemas trifsicos desequilibrados se utiliza principalmente el sistema de los dos vatmetros o sistema Aron.

Mtodo de dos vatmetros o Mtodo de Aron Permite las mediciones de potencia en circuitos de corriente alterna trifsica de tres conductores, equilibrados o desequilibrados. Respecto al mtodo anterior presenta las siguientes ventajas: Resulta mucho ms fcil y econmico efectuar lecturas simultaneas de dos

vatmetros que de tres. Permite el empleo de un solo aparato de medida, con dos sistemas de medida

y cuya escala indica directamente la potencia a medir . En el sistema Aron las tensiones aplicadas a las bobinas voltimtricas son las tensiones de lnea, el principio de la bobina Voltimtrica (+- *) debe estar conectado a la misma fase en la cual esta intercalada la bobina amperimtrica, y al final de la bobina Voltimtrica, debe conectarse a la fase que no tiene ninguna bobina amperimtrica intercalada (es decir a la fase libre). Entonces la potencia total trifsica ser igual a la suma de los dos vatmetros:

PT = P1 + P2 III. ELEMENTOS A UTILIZAR

- 01 fuente de alimentacin trifsica variable (Variac trifsico) - 03 vatmetros monofsicos 220V 5A - 01 vatmetro trifsico 220V, 5A - 03 resistencias variables 0-44 ohmios 4A - 03 ampermetros iguales de 0-5A - 02 voltmetro 0-250V - 03 condensadores de 50uf 300V, - conductores para conexiones

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Colocar las escalas de los instrumentos en su mximo valor como primera precaucin.

2. Calibrar la tensin de salida a 220 V, tensin trifsica. 3. Energizar el circuito y utilizar las resistencias de 88 ohmios (02

resistencias de 44 en serie), medir los valores en los instrumentos para cada variacin de las resistencias R,

4. Medir los valores de los condensadores. 5. Armar el circuito de la figura adjunta y Registrar los siguientes valores.

Figura 3




N V1

(Vlinea) V2

(Vlinea) V3

(Vlinea) A1 A2 A3 W1 W2 Pt exp= W1+W2 W3

1

2

3

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V CUESTIONARIO

1. Explicar el Mtodo de Medicin de los Dos vatmetros para medir potencia trifsica.

2. A partir de los datos experimentales, calcular la potencia activa total, la potencia reactiva total suministrada al circuito, el factor de potencia y la potencia aparente total para cada variacin de Z (R-C).

3. Con los datos de los valores de las impedancias obtenidos obtener la Potencia activa terica la potencia reactiva total suministrada al circuito, el factor de potencia y la potencia aparente total terica, y compararlos con los resultados obtenidos de los vatmetros experimentalmente.

4. Dar las divergencias de los valores tericos y experimentales de la potencia trifsica, dando el error absoluto y relativo porcentual referido al valor terico en forma tabulada.

5. Demostrar la frmula de la potencia total con el Mtodo de Medicin de los Dos vatmetros.

6. Qu instrumentos nos permiten medir la potencia elctrica trifsica?

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Dar sus conclusiones y observaciones en forma clara y concisa, como mnimo 5 conclusiones las ms importantes del experimento realizado

VII. BIBLIOGRAFIA Indique la bibliografa o pagina web que utilizo.

N R C1 C2 C3

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Laboratorios de Circuitos Eléctricos2 PARTE 2 (1)

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