circuitos trifásicos y correcion del factor de potencia (1)

8/17/2019 Circuitos Trifásicos y Correcion Del Factor de Potencia (1)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ContenidoINTRODUCCION............................................................................................2FUNDAMENTO TEORICO..............................................................................3

MATERIALES A UTILIZAR.............................................................................6PROCEDIMIENTO..........................................................................................CUESTIONARIO ! RESULTADOS.................................................................."CASO I#.......................................................................................................... "CASO II#....................................................................................................... $%CASO III#...................................................................................................... $2CASO IV#...................................................................................................... $&

CONCLUSIONES..........................................................................................$"O'SERVACIONES ! RECOMENDACIONES................................................2%'I'LIOGRAFIA.............................................................................................2$

$


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INTRODUCCIONEl presente informe tiene como objetivo explicar el fundamento de circuitos

trifásicos, conceptos como voltaje de línea, corriente de línea, factor de

potencia son mencionados en el siguiente.

En un primer lugar se va a estudiar cómo actúa un circuito trifásico en conexión

con un conjunto de lámparas, la cual lograremos demostrar porque en una

instalación los focos brillan más que en otra, y por tanto se consume mayor

potencia.

En segundo lugar haremos la misma prueba pero esta ve con capacitancias,

luego con inductancias y para terminar con un motor y veremos en que influye

poner condensadores a un motor en paralelo

!ara poder entender los siguientes conceptos se necesitara conocimientos

previos de circuitos ", los cuales son muy indispensables en nuestra carrera.

2


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FUNDAMENTO TEORICO

1. SISTEMA TRIFASICO

En ingeniería el#ctrica un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución

y consumo de energía el#ctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de

igual frecuencia y amplitud $y por consiguiente, valor efica % que presentan una cierta

diferencia de fase entre ellas, en torno a &"'(, y están dadas en un orden

determinado. )ada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se

designa con el nombre de fase .

*n sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son

iguales y están desfasados sim#tricamente.

)uando alguna de las condiciones anteriores no se cumple $tensiones diferentes o

distintos desfases entre ellas%, el sistema de tensiones es un desequilibrado o más

comúnmente llamado un sistema desbalanceado . +ecibe el nombre de sistema de

cargas desequilibradas el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el

receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre

ellas distintas a &"'(, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas

o balanceadas.

El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus

líneas de transporte de energía $hilos más finos que en una línea monofásica

equivalente% y de los transformadores utili ados, así como su elevado rendimiento de

los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta

con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.

os generadores utili ados en centrales el#ctricas son trifásicos, dado que la conexión

a la red el#ctrica debe ser trifásica $salvo para centrales de poca potencia%. a trifásica

3

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficazhttp://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficazhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_monof%C3%A1sicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficazhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_monof%C3%A1sicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico


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se usa mucho en industrias, donde las máquinas funcionan con motores para esta

tensión.

Existen dos tipos de conexión- en triángulo y en estrella . En estrella, el neutro es el

punto de unión de las fases.

2. CONEXIÓN EN TRIANGULO

i se conectan entre sí a las fases de un alternador, uniendo el principio de una de las

fases con el final de otra, se obtendrá la configuración triángulo.

)onectando un conductor de línea a cada uno de los v#rtices del triángulo se obtienela distribución que lleva ese nombre en la cual existe un solo valor de tensión al

resultar *l / *f. 0ientras que para las intensidades, un análisis similar al reali ado

para las tensiones en la conexión estrella, lleva a la siguiente conclusión.

. !IS"OSICION !E LA #ORNERA O "LACA !E CONEXIONES

!ara permitir una rápida y segura conexión a la red de las máquinas trifásica de ).1.

los extremos de sus arrollamientos convergen a una bornera o placa de conexión

ubicada sobre la carca a exterior de dicha máquina. o bornes de dicha placa llevan la

marca correspondiente a los principios *2324 y y finales 52627 de los arrollamientos

de la bornera pudi#ndose pasar fácilmente de una conexión a otra con sólo

modificarse la posición de los puentes de conexión de los bornes.

(

http://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Neutrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Neutro


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a ra ón por la cual se ha adoptado internacionalmente la disposición indicada en la

bornera es que ambas conexiones se logran sin cruce de los puentes de conexión. 1sí

entonces para la conexión estrella se unen con puentes hori ontales los tres bornes

superiores o los tres inferiores $8ndistintamente% mientras que para la conexión

triángulo los puentes de conexión se ubican verticalmente.

!ara facilitar el cambio de una conexión a otra, es usual contar en las borneras con la

misma distancia entre bornes verticales y hori ontales, lo que permite utili ar puentes

de la misma longitud para una u otra conexión.

&


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6


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MATERIALES A UTILIZAR 1nali ador de corriente alterna 0ultímetro

!in a

amperim#trica9ablero de reactores

9ablero de :ocos 9ablero de condensadores

0otor 9rifásico

Potencia: '.";&


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Voltaje: 220 AC

Corriente: 2.3 A

Factor de Potencia: =0.6

PROCEDIMIENTOCIRCUITO A UTILIZAR:

Co$e%i&$ 'e (as car)as*

e armaron dichas conexiones, tanto como para los focos $+%, los condensadores $)%y los reactores $ %, y con la ayuda del anali ador pudimos tomar nota de las corrientes

de línea y de los voltajes de línea.

"


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)


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CUESTIONARIO ! RESULTADOS

CASO I#

+&/ >?' - + "/ "@' A +B/>?'

Conexión Triángulo ∆

Voltajes de

Línea (V)

Corrientes d e

Línea (A)

Corrientes d e

Fase (A)

VRS 232 I1 0.41 0.74

VST 232 I2 0.96 1,25

VRT 232 I3 0.41 1,22

1)

8mpedanciasA

Z RS />?' '( (Ω )

Z ST /"@' '( (Ω )

Z TR />?' '( (Ω )

9ensiones de líneaA

3 + /"B' '( (Ω )

3 9 /"B' *&"'( (Ω )

3 9+ /"B' &"'( (Ω )

Callando corrientes de faseA

I RS=230 0 °560 0 °

= 0.411 0 ° A .

I ST =230 − 120 °

240 0 ° = 0.958 − 120 ° A .

I TR=230 120 °

560 0 ° = 0.411 120 ° A .

$%


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Callando las corrientes de línea aplicando la &era ey de


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B%

!otencia 9eórica / ;" .>?

!otencia +eal/ ;@@.;"

@%

CASO I Voltaje de LíneaV+, V,t Vt+

Real 232 232 232Teórico 23% 23% 23%%error %."6)&6&

22%."6)&6&

22%."6)&6&

22

CASO I Corriente de líneaI+, I,t It+Real %.($ %.)6 %.($

Teórico %.($ %.)&" %.($%error % %.2%" 6"2 %

CASO I Corriente de faseI+n I,n Itn

Real %. ( $.2& $.22Teórico %. $ $.23 $.23%error (.22&3&

2$$$.626%$

626%."$3%%

"$3

CASO I POTENCIA

Real ((. 2Teórico 2).&6%error 2.% )6

("

CASO II#Conexión Estrella

Datos:En R:

La bobina:

L = 107mH y su Rint = 13.5 Ω entonces: X L = 42.538 71.5 °

$2


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En S:

La resistencia: R= 560 Ω

En T:

El condensador: C= 20.1μF entonces: Xc = 131.97 − 90 °

Voltajes de

Linea (744.72V)

Voltajes de

Fase (V)

Corrientes

de Linea (A)

Corrientes

de Fase ( A)VRS 231.6 128 I1 2.88 2.88

VST 232.8 248 I2 0.43 0.43

VRT 231.2 341.9 I3 2.54 2.54

SISTEMAS DE ECUACIONES#42.538 71.5 ° I RN − 560 0 ° I SN = 231.87 0 °

− 131.97 − 90 ° I TN +560 0 ° I SN = 231.87 0 °

− 42.538 71.5 ° I RN +131.97 − 90 ° I TN = 231.87 120 I RN

I RN = 2.9 − 71.5

I SN = 0.45 − 120 °

I TN = 2.6 166.7 °

". 0uestra para caso y cada secuencia de fases un diagrama fasorial,

indicar las tensiones de línea, de fase y de corriente.

B. !otencia 9eórica / &B?B."?" 4

!otencia +eal/ &B@@."F" 4

@.CASO II Voltaje de Línea

V+, V,t Vt+Real 23$.6 232." 23$.2

Teórico 23$." 23$." 23$."%error %.$$6(((

&6%.(%$%"6

"2%.2"")&&

%2

CASO II Voltaje de Fase

V+n V,n VtnReal $2".2 2(" 3($.)

$3


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Teórico $23.36 2&2 3(3.$2%error 3.)23(

6%$$.&" 3%

$&)%.3&&&6

% (

CASO II Corriente de faseI+n I,n Itn

Real 2."" %.(3 2.&(Teórico 2.) %.(& 2.6%error %.6")6&

&$(.(((((

(((2.3% 6)

23$

CASOII

POTENCIA

Real $363.262

Teórico

$3((.2"2

%error

$.($$)%6$3

CASO III#

CONDENSADORES

(μF)C1 9.7

C2 20

C3 30

IMPEDANCIAS (-jΩ) Xc1 273.46

Xc2 132.63

Xc3 88.42

Conexión Triángulo ∆

Voltajes de

Línea (V)

Corrientes d e

Línea (A)

Corrientes d e

Fase (A)VRS 231.2 I1 2.58 3.08

VST 232.3 I2 1.71 3.8

VRT 232.2 I3 0.82 2.26

2)8mpedanciasA

$(


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Z RS /FF.@" *)%( (Ω )

Z ST /&B".?B *)%( (Ω )

Z TR /";B.@? *)'( (Ω )

9ensiones de líneaA

3 + /"B&.? '( (Ω )

3 9 /"B&.? *&"'( (Ω )

3 9+ /"B&.? &"'( (Ω )

$&


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Callando corrientes de faseA

I RS= 231.6 0 °

88.42 − 90 ° =2.169 90 ° A .

I ST =231.6 − 120 °132.63 − 90 ° =

1.746 − 30 ° A .

I TR= 231.6 120 °

273.46 − 190 ° =0.411 210 ° A .

Callando las corrientes de línea aplicando la &era ey de


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B.

!otencia 9eórica / &"';.'

!otencia +eal/ &&F@.&BB

@.

CASOIII

Voltaje de LíneaV+, V,t Vt+

Real 23$.2 232.3 232.2Teórico 23$.6 23$.6 23$.6%error %.$ 2 $

$&%.3%22(

&2&%.2&)%6

36

CASOIII

Corriente de líneaI+, I,t It+

Real 2.&" $. $ %."2Teórico 2.6$) $. (6 %."(%error $.(")$$

)"2.%6$"&&

63.$" 2$

3

CASOIII

Corriente de faseI+n I,n Itn

Real 3.%" 3." 2.26Teórico 3.$3 3."$ 2.2)

%error $.&) (((%) %.262(6$) $.3$%%(36

CASOIII

POTENCIA

Real $$"(.$33

Teórico $2% .%))

% error $.)%2&"


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CASO IV#MOTOR 3ΦConexión Estrella

Voltajes de

Linea (V) V oltajes d e

Fase (V)

Corrientes d e

Fase (A)

VRS 231.8 133.83 I1 3.1

VST 232 133.95 I2 3

VTR 231 133.37 I3 3

POTENCIA cos( ᶲ retraso

271 0.707

&. 9abular los valores de las magnitudes medidas para cada caso,

comparar la potencia leída por el vatímetro con la potenciaA

VF (V) I F(A) Pot(W)

133.83 3.1 293.3152133.95 3 284.108133.37 3 282.8778

POTENCIA TOTAL(W) 860.3012. esultados te!ricos

8mpedancia de la carga. *sando el factor de potencia del motor se tiene.Vprom = 133.72 ;cosθ = 0.707 ; θ = 45


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Z = Vf If

= V l√ 3∗ Il

= 232

√ 3∗3= 44.65 ∟ 45 ° (Ω )

3oltaje de línea.

Vl= 232 (V )

V RS= 232 ∟ 0 V

V ST = 232 ∟− 120 V

V TR= 232 ∟ 120 V

3oltaje de fase.

V RN = 133.94 ∟− 30 V .

V SN = 133.94 ∟ − 150 V .

V TN = 133.94 ∟ 90 V .

as corrientes de línea tomando como referencia el 3+ sonA

I R=V NR∟− 30

Zc 1= 3 ∟− 63.9 A .

I S=V NS ∟ − 150

Zc 2= 3 ∟ − 183.9 A .

I T =V NT ∟ 90

Zc 3= 3 ∟ 56.1 A .

2. 1hora mostraremos las )orrientes y los voltajes en un diagrama fasorialA


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B. El motor está

conectado en estrella,la corriente de línea es igual a la corriente de fase.

a potencia activa.

P= 3∗Vrs∗ Irs∗cosθ = 852.26 (watts )

a potencia reactiva.

Q= 3∗Vrs∗ Irs∗senθ = 852.26 (VAR)


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CONCLUSIONES

)uando la carga trifásica balanceada lo colocamos en delta la

iluminación $en este caso se trabaja con 3 % de los focos es mayor en

comparación que cuando colocamos la carga trifásica en estrella $en

este caso se trabaja con 3 : %, debido a que 3 G 3 :.

El voltaje producido por la fuente de voltaje no es exactamente ""'- por

lo que en el circuito existe un ligero error debido a que este se aproxima

a un circuito de voltaje balanceado.

El motor trifásico no solo contiene impedancia compleja, sino tambi#n,

una pequeHa cantidad de resistencia.

os circuitos trifásicos son más eficientes en el sentido de que permiten

transmitir una gran potencia con una mínima cantidad de conductores,

en comparación con los circuitos monofásicos.


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O'SERVACIONES ! RECOMENDACIONES

a potencia hallada con los datos experimentales tiene un menor

porcentaje de error que la potencia hallada por el vatímetro.

!ara conectar o desconectar el circuito es importante ver que el

interruptor trifásico se encuentre en off, ya que de otra manera pasará

corriente si es que se toca alguna de las conexiones.

)onectar de forma adecuada el 3atímetro y )osfímetro utili ando como

guía los mapas que se encuentra en la cara inferior de los mismos.


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'I'LIOGRAFIA

)ircuitos el#ctricos 88, :. ópe 1, 7.a

edición Ictubre del "'&&,

Editorial JJ)ienciasKK.

)ircuitos el#ctricos, Lames 4. Dilson, 7.a

edición 0adrid "''>,

Editorial !earson Educación .1, pp. &'@F.

-tt #//000.1 o.e,/e e t+ote ni4*et,i45/ d /TEMA7).7POTENCIA7EN7SISTEMAS7TRIFASICOS. d
http://www.uco.es/electrotecnia-etsiam/pdf/TEMA_9._POTENCIA_EN_SISTEMAS_TRIFASICOS.pdfhttp://www.uco.es/electrotecnia-etsiam/pdf/TEMA_9._POTENCIA_EN_SISTEMAS_TRIFASICOS.pdfhttp://www.uco.es/electrotecnia-etsiam/pdf/TEMA_9._POTENCIA_EN_SISTEMAS_TRIFASICOS.pdfhttp://www.uco.es/electrotecnia-etsiam/pdf/TEMA_9._POTENCIA_EN_SISTEMAS_TRIFASICOS.pdf

circuitos trifásicos y correcion del factor de potencia (1)

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