Download PRÁCTICA 5 Sistemas trifásicos desequilibrados

DEPARTAMENT D’ENGINYERIA
ELÈCTRICA
UPC
UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE
CATALUNYA
PRÁCTICA 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
Jordi Ballart Prunell
Alejandro Rolán Blanco
Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
1. Objetivo
Con esta práctica se pretende que el alumno:
 Compruebe experimentalmente la diferencia entre conexión estrella / triángulo en un sistema
trifásico desequilibrado.
 Compruebe experimentalmente la diferencia entre magnitud de línea / fase en un sistema trifásico
desequilibrado.
 Entienda el significado del conductor de retorno o neutro en un sistema trifásico desequilibrado.
 Realice medidas de tensión, corriente y potencia en un sistema trifásico desequilibrado.
 Entienda el por qué de los resultados obtenidos en el sistema desequilibrado, comparándolos con
los del sistema trifásico equilibrado de la práctica anterior.
2. Material necesario
 Dispositivos de medida:
o
Téster.
 Dispositivos eléctricos:
o
Autotransformador.
o
Set de bombillas.
o
Set de bobinas (transformadores monofásicos).
 Conectores:
o
Tipo banana.
1 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
3. Metodología
La metodología a seguir es la siguiente:
1) Trabajo previo a la sesión de laboratorio:
 Rellenar el pre-informe (uno por grupo de trabajo), que será entregado al profesor de
prácticas al inicio de la práctica.
2) Trabajo a desarrollar en la sesión de laboratorio:
 Entregar 2 copias del pre-informe: una para el profesor y la otra para el grupo de trabajo.
 Realizar los montajes experimentales descritos en el informe de la práctica y rellenar el
mismo (uno por grupo de trabajo), el cual se entregará al profesor al finalizar la práctica.
 Comprobar que los resultados obtenidos en la sesión de laboratorio se corresponden con
los resultados teóricos del pre-informe y comentar a qué se deben las diferencias (si las
hubiere) entre los resultados.
2 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
Pre-informe de la práctica 5
Nombre:
Grupo de prácticas:
1) Sea el siguiente circuito trifásico:
R
Datos:
- Alimentación equilibrada:
+
VR
Z1
VT
VS
+
+
Z2
Z3
S
Vfase = 50 V (eficaces)
f = 50 Hz
Secuencia directa
- Carga desequilibrada:
Z1 = 7.8·j kΩ
T
Z2 = 325 Ω
Z3 = 365 Ω
Se pide:
a. Calcular las corrientes (módulo y ángulo) de fase y de línea.
b. Calcular las tensiones (módulo y ángulo) de fase y de línea.
c. Dibujar 2 diagramas fasoriales: uno debe incluir las tensiones de fase y de línea y el otro las
corrientes de fase y de línea.
d. Calcular las potencias totales del sistema trifásico (activa, reactiva y aparente).
e. Calcular el factor de potencia total. ¿Tiene sentido compensarlo? ¿Por qué?
f.
Supóngase que en el circuito se conecta el conductor neutro. Calcule la corriente que
circularía por dicho conductor (módulo y ángulo) y compare el resultado con el obtenido en
la práctica 4, razonando brevemente la diferencia entre ambos resultados.
1 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
2) Sea el siguiente circuito trifásico:
R
Datos:
- Alimentación equilibrada:
+
VR
Z1
VT
VS
+
+
Z3
Vfase = 50 V (eficaces)
f = 50 Hz
Secuencia directa
- Carga desequilibrada:
S
Z1 = 27·j kΩ
Z2
T
Z2 = 540 Ω
Z3 = 555 Ω
Se pide:
a. Calcular las tensiones (módulo y ángulo) de fase y de línea.
b. Calcular las corrientes (módulo y ángulo) de fase y de línea.
c. Dibujar 2 diagramas fasoriales: uno debe incluir las tensiones de fase y de línea y el otro las
corrientes de fase y de línea.
d. Calcular las potencias totales del sistema trifásico (activa, reactiva y aparente), así como el
factor de potencia total.
2 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
Informe de la práctica 5
Nombre:
Grupo de prácticas:
Fecha:
Observación inicial: Extremar las medidas de seguridad para esta práctica, ya que se trabajará con
corriente alterna trifásica con tensiones relativamente elevadas (cercanas a los 90 V entre fases).
Circuito trifásico 1
1) Conectar el autotransformador a la red trifásica (incluyendo el conductor neutro) y obtener en su
salida una tensión de fase de 50 V eficaces.
2) Realizar una conexión en estrella entre 2 bombillas y el primario (lado de alta tensión, conectores
azules) de uno de los transformadores, lo cual configurará nuestra carga trifásica desequilibrada.
3) Alimentar la carga trifásica desequilibrada mediante el autotransformador (sin conectar el neutro del
autotransformador con el neutro de la carga), de modo que la fase R se conecte a la bobina del
transformador y las fases S y T a las dos bombillas.
4) El circuito resultante se corresponde con el circuito 1 del pre-informe.
5) Mediante el téster, realizar la lectura de las tensiones y corrientes del circuito y anotar los valores en
la siguiente tabla, en la que también se deben anotar los resultados teóricos del pre-informe (anotar
solamente el módulo). Ténganse en cuenta las siguientes observaciones:
a. Antes de tomar las medidas, se debe dejar el circuito en funcionamiento durante
aproximadamente 1 minuto para que se haya estabilizado la temperatura en el filamento de
las bombillas.
b. Por simplicidad y siempre que sea posible, se podrían conectar todos los téster necesarios
para realizar todas las medidas de una vez (primero medir todas las tensiones y luego todas
las corrientes, o al revés).
1 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
Tensiones de fase
VRN
VSN
Tensiones de línea
VTN
VRS
VST
VTR
Experimentales
Teóricos
Corrientes de línea
IR
IS
Corrientes de fase
IT
IRS
IST
ITR
Experimentales
Teóricos
Comparación resultados teóricos / experimentales:
6) Mediante 2 vatímetros, W1 y W2, medir la potencia total (activa y reactiva) del sistema trifásico
desequilibrado, indicando con un dibujo la disposición de los vatímetros y los cálculos intermedios, y
rellenar la siguiente tabla, comparando los resultados experimentales con los teóricos del pre-informe:
Lectura W1
Lectura W2
───
───
P
Q
φ
cos (φ)
Experimentales
Teóricos
Comentarios:
7) Conectar el neutro del autotransformador con el neutro de la carga trifásica desequilibrada:
a. ¿Qué sucede con las corrientes y tensiones?
b.
Medir la corriente que circula por el neutro y compararla con la teórica del pre-informe:
Corriente del neutro (experimental)
Corriente del neutro (teórica)
2 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
Circuito trifásico 2
1) El autotransformador se deja configurado tal y como estaba en el circuito 1.
2) Realizar una conexión en triángulo entre 2 bombillas y el primario de uno de los transformadores
(lado de alta tensión, conectores azules), lo cual configurará nuestra carga trifásica desequilibrada.
3) Alimentar la carga trifásica desequilibrada mediante el autotransformador, de modo que las fases se
conecten de la siguiente manera:
a. Fase R: conectada al punto común entre la bobina y una bombilla.
b. Fase S: conectada al punto común entre la bobina y la otra bombilla.
c. Fase T: conectada al punto común entre las dos bombillas.
4) El circuito resultante se corresponde con el circuito 2 del pre-informe.
5) Mediante el téster, realizar la lectura de las tensiones y corrientes del circuito y anotar los valores en
la siguiente tabla, en la que también se deben anotar los resultados teóricos del pre-informe (anotar
solamente el módulo). Ténganse en cuenta las siguientes observaciones:
a. Antes de tomar las medidas, se debe dejar el circuito en funcionamiento durante
aproximadamente 1 minuto para que se haya estabilizado la temperatura en el filamento de
las bombillas.
b. Por simplicidad y siempre que sea posible, se podrían conectar todos los téster necesarios
para realizar todas las medidas de una vez (primero medir todas las tensiones y luego todas
las corrientes, o al revés).
Tensiones de fase
VRN
VSN
Tensiones de línea
VTN
VRS
VST
VTR
Experimentales
Teóricos
Corrientes de línea
IR
IS
Corrientes de fase
IT
IRS
IST
ITR
Experimentales
Teóricos
3 Práctica 5
Sistemas trifásicos desequilibrados
Comparación resultados teóricos / experimentales:
6) ¿La relación entre las magnitudes de línea / fase es √3? ¿Por qué?
7) Mediante 2 vatímetros, W1 y W2, medir la potencia total (activa y reactiva) del sistema trifásico
desequilibrado, indicando con un dibujo la disposición de los vatímetros y los cálculos intermedios, y
rellenar la siguiente tabla, comparando los resultados experimentales con los teóricos del pre-informe:
Lectura W1
Lectura W2
───
───
P
Q
φ
cos (φ)
Experimentales
Teóricos
Comentarios:
8) A tenor de los resultados de los circuitos trifásicos 1 y 2, ¿en cuál de ellos se consume mayor
potencia? Razonar brevemente la respuesta.
9) En la práctica anterior (sistemas trifásicos equilibrados) se observaba un cambio de luminosidad en
las bombillas según la conexión (estrella o triángulo). ¿En esta práctica se observa lo mismo? ¿Por
qué?
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