1Electrotecnia y mquinas elctricasTRABAJO PRCTICO N2:Objetivos: Comprender el comportamiento de las impedancias inductivas y capacitivas. Adquirir habilidad en el uso y eleccin de instrumentos elctricos de medida.Instrumentos de prueba y medicin AmpermetroN de inventario: 7193Smbolo: ~; (corriente alterna-hierro mvil)Marca: RBClase: 0.5Posicin:Aislacin: 2Resolucin: 0.01 [A]Posee dos escalasRango:Escala 1 [A] Escala 2 [A]0 06 1.2 Voltmetro (fig. a)N de inventario: 11856Smbolo: ~; (corriente alterna-hierro mvil)Marca: RBClase: 1 Figura a.Posicin:Aislacin: 2Resolucin: 1 [V]Rango: 130 [V]260 [V]520 [V] Multmetro (fig. b)TRUE/RMS MULTIMETERTES 2500Marca: BrymenN de inventario: 374Battery 006P 9 [V] VatmetroSmbolo: ~;N de inventario: 12093Marca: RB Figura b.Clase: 0,5Posicin:2Electrotecnia y mquinas elctricasAislamiento: 2Sensibilidad: 30 m / 5300 m / 1Rango: de intensidad de corriente: 0-1 [A]; 0-5 [A]de tensin: 0-120 [V]; 0-240 [V]; 0-480 [V]1 [A] 5 [A]120 [V] 120 [W] 600 [W]240 [V] 240 [W] 1200 [W]480 [V] 380 [W] 2400 [W] Resistencias (fig. c)Marca: HoschsbelastungRango: 50 [] max.5 [A] max. Frecuencmetro:Multmetro (fig. b) Figura c.TRUE/RMS MULTIMETERTES 2500Marca: BrymenN de inventario: 374 Figura d.Battery 006P 9 [V] FEM (fig. d)AutotransformadorN de inventario:3387Marca: VaritransPotencia: 900 [W]Rango: 0 250 [V] Capacitores (fig. e)N de serie: E01.E95-302510Marca: ElectroniconMKP 25 F 10%250 V 50 / 60 Hz D-40 / 85 C Figura e. Bobina (fig. f)N de inventario: 2632DMarca: LeybodN de vueltas: 1000 Figura f.C.A.: 9.5 [] ; 1.25 [A]Para tener en cuentaa) Controlar que los medidores estn en ceroc)Preferentementesetrabajadelmedioodelcuartoparaadelante,paraevitarerroresdelinstrumento.d) Frecuencia = 50 Hze) Resistencia ampermetro + vatmetro = 0.3 ohm3Electrotecnia y mquinas elctricas1 EXPERIENCIAA) Parmetrosdecircuitos Deducidosdemedicinesdetensin,corriente,potenciayfrecuencia.Introduccin:Losparmetrosdeuncircuitopuedendeducirsedelasindicacionesdevoltmetro,ampermetro vatmetro y frecuencmetro que se conectan como la figura 1.En este circuito, el ampermetro indica la intensidad de corriente de la carga (I). En cambiolatensin(U)ylapotencia(P)delacargasonalgomenoresquelatensinypotencia medidas(Um)y(Pm).Estadiferenciaestcausadaporlascadasdetensinenlasresistenciasamperimtricas(RA)y(RAW)delampermetroyelvatmetrorespectivamente.Estaconexinsellama larga ya que el voltmetro y la bobina voltimtrica del vatmetro estn conectados a la tensinde fuente.Lasdiferenciasindicadaspuedencorregirsesiseconocenlosvaloresdelasresistenciasinternas de los instrumentos.Llamando R a la suma = + y llamando Rea la resistencia equivalente de la cargaresulta:= . ( + ) de donde = Este valor de Rees uno de los parmetros buscados. Su valor es mayor que la resistenciamediaencorrientecontinuaenelcircuito.Sucedequelascorrientesalternasproducenperdidasdiversas;ademsdelasperdidasresistivasenlosconductoreshayotrasperdidasenncleosydielctricos.ElvalordeRe(resistenciaefectivaoequivalente)estalquerepresentaeltotaldelasprdidas del circuito.4Electrotecnia y mquinas elctricasCIRCUITO Y DIAGRAMA FASORIAL.Figura 1. Circuito de medida Figura 2. Circuito equivalenteEn el diagrama de fasores las tensiones resistivas son:Figura 3. Diagrama fasorialEn el diagrama de fasores, las tensiones resistivas son:=. ; =. y por lo tanto: + =. ( + )En la figura 2 se ha supuesto que se trata de un circuito inductivo pero en general, se tratede un circuito inductivo o capacitivo, la tensin reactiva Ux(en la figura 2 sera UL), es:= ( + ) = [ . ( + )]Y la reactancia del circuito es =Siseconoce dequetipoesestareactanciapuedecalcularselainductanciaLolacapacidad C segn el caso.Perodelasmedicionesdelafigura1nopuededeterminarseeltipodereactanciaconectada. Si fuese necesario determinar si es inductivo o capacitivo se podra realizar las mismasmediciones a una frecuencia diferente, cosa que no se puede hacer debido a que no se dispone deun variador de frecuencia. En cambio s es posible conectar un capacitor C en serie. Hecho estosemidelaintensidaddecorriente,Si estahaaumentadolareactanciadelcircuitooriginalesinductiva. Si la corriente disminuye es capacitiva.Estosedebeaquelaimpedanciaesdirectamenteproporcionalalaresistencia,lareactancia inductiva y la reactancia capacitiva, del circuito en estudio.5Electrotecnia y mquinas elctricasULUCULUmUURe UR= + ( )Pero,porlaleydeOhm,podemosverque lacorrienteesinversamente proporcionalalaimpedancia.= =+ ( )Entonces,conectandoelcapacitorenserie,estamosdisminuyendolaimpedanciadelcircuito, con lo cual obtenemos un incremento de la corriente, como se dijo anteriormente.Se realizan las mediciones para una carga inductiva y una capacitiva (1 y 2 del cuadro devalores) y se determina el valor de L en 1 y el de C en 2.Valores obtenidosCLCULOS:Primeramente, se procedi al clculo de Remediante la expresin: = Con los valores de Rey R, se obtuvo la Ux: = = [ . ( + )]Teniendo en cuenta que = = 2. . . Realizandoelpasajedetrminoscorrespondiente, se obtuvo el valor de L.Para el segundo caso (capacitor en serie), seprocedi de la misma manera que antes para calcular el. Solo que, segn el diagrama fasorial de la figura 4,else lo debemos restar al valor de ULque obtuvimosantes (en la experiencia sin capacitor), para as obtenerel valor de UC. Con este ltimo dato, obtendremos el valorde la capacidad buscada. = = pero sabiendo que=. ..y realizando la operatoriacorrespondiente se obtiene el valor de C.Figura4.Diagramafasorialconcapacitor enserieCargaf[Hz]Um[V]I [A] PRe[]X []C[F]L [H] C[F]N k [W/div] [div] [W]1 Sin C 50 53 0.73 1 6.5 6.5 11.6 71.6 0 0.23Con C 50 53 0.88 1 10 10 12.31 71.6 250 0.232 Sin C 50 72 0.98 1 12 12 11.89 71.6 0 0.23Con C 50 72 1.3 1 19 19 10.64 71.6 250 0.236Electrotecnia y mquinas elctricas2 EXPERIENCIAB) Parmetros de circuitos deducidos por el mtodo de los tres voltmetrosIntroduccin:BsicamenteelmtodosirveparadeterminarLyC(circuitode90).Enloscircuitosformadosporlaconexinenseriedevariasimpedancias,puedentrazarselosdiagramasfasorialesapartirdemedicionesdetensin;lafasedelaintensidadIpuededeterminarsesiseconoce el factor de potencia de alguna de las impedancias del circuito.Recurriendo al artificio de conectar en serie una resistencia conocida (Ro) que tieneCos() =1 a la impedancia que se desea conocer, se puede trazar el diagrama de fasores en basea mediciones de tensin, para calcular la inductancia L o la capacidad C del circuito equivalente dela impedancia. Para ello tambin es necesario conocer la frecuencia.Se denomina mtodo de los tres voltmetros porque se miden tres tensiones:La tensin total (U)La tensin en la resistencia R0(U0)La tensin de la impedancia (Rz)La intensidad se calcula como: =B-1 Circuito inductivoLa bobina que se utiliza para las mediciones tiene ncleo de hierro de tal forma que ste sepuededesplazarparahacermedicionesconncleo,sinncleoyconmedioncleo.Elcircuitoequivalente es el de la figura 6 a la que corresponde el diagrama de fasores de la figura 7 dondese representan las cadas de tensin en cada parte del circuito.7Electrotecnia y mquinas elctricasEl factor de potencia de la bobina es: = La componente inductiva de la tensin: =La reactancia inductiva: =Y la inductancia para f= 50 [Hz]: =Estos clculos se harn para mediciones realizadas con todo el ncleo, con medio ncleo ysin ncleo manteniendo la corriente constante.Valores obtenidosN U [V] Uo [V] UB[V] I[A] Cos bb[] Sen bUL[V] XL[] L [H]1(100%) 43 14.2 39.8 0.54 0.60 0.18 0.98 39.13 72.5 0.232(50%) 43 25.5 28.2 0.95 0.37 0.30 0.95 27 28.4 0.093(0%) 43 29.3 18.5 1.11 0.65 0.61 0.79 14.6 13.15 0.0428Electrotecnia y mquinas elctricasB-2 Circuito capacitivoCon al corriente alterna las capacidades presentan pequeas perdidas, que se producen eneldielctrico(salvocuandoestformadoporaireogas)yenlaresistenciadelosconductores.Estas prdidas hacen que la diferencia de fase entre la tensin y la corriente no sea 90 grados. Ladiferencia 90 grados - = se denomina angulo de perdidas y la es el factor de perdidas, cuyovalor depende de la naturaleza del dielctrico, de la tensin, de la frecuencia y de la temperatura.elcircuitoequivalentedeuncapacitorpuedeconsistirenunacapacidadidealenseriaconunaresistencia ideal que representa las perdidas.El factor de potencia del capacitor vale: cos = El ngulo de perdidas: = 90 La componente capacitiva de la tensin: U= sen ULa reactancia capacitiva: X=Y la capacidad para f= 50 [Hz]: C =Valores obtenidosNoU[V]Uo[V]UCr[V]I [A]CosSen Uc[V] Xc[ ]C[F]1 70 13.56 70 0.51 0.09 -95.5o5.5o0.09 -0.995 69.65 135.5 23.52 70 26 66.5 0.98 0.06 -93.3o3.3o0.05 -0.998 66.37 67.72 479Electrotecnia y mquinas elctricasCONCLUSIONES:Experiencia1:Lovistoenestaexperiencianospermitededucirqueparauncircuitoinductivo, conla incorporacin de capacitores en serie logramos una reduccin del ngulo y unaumento de la potencia activa, pero como desventaja observamos un aumento de la corriente, loque no es favorable para una instalacin elctrica, porque se traduce en un aumento de costos deinstalacin.Algoquedebemostenerencuentaesobservarquelareactanciacapacitivaseamenorquelareactancia inductiva, para evitar que en el diagrama fasorial el ngulo nos de valores negativosindeseados, tal como nos dio en los clculos realizados (ver tabla experiencia 1)Experiencia 2: Como conclusin de esta experiencia podemos apreciar que a medida queelvolumendelncleodehierro disminuyedentrodelabobina,seobservaunaumentodelareluctancia,ycomo consecuenciadeestoseveunadisminucindelainductancia,lareactanciainductivaylatensinmedidaenlabobina.Estoconllevadirectamenteaunaumentodelacorriente y del ngulo , lo que traducido a una instalacin elctrica es un efecto indeseado.Experiencia3: Podemoshacerunacomparacinentreestaexperienciaylaprimera,yaquelaconclusindelasvariableselctricaseslamisma,peroelmtodoqueseutilizpararealizar las mediciones (mtodo de los tres voltmetros) nos permite realizar clculos ms directosydeformamssencillaparaobservarcmosecomportanlosvaloresconlasupresinoincorporacin de capacitores.Paraestaexperiencia,enlugar delosvoltmetrosanalgicosseutilizaronmultmetrosdigitalesparaUoyUz,yaquelaescaladelosvoltmetrossonmuygrandesparalosvaloresmanejados,con lo cual se dificultaba la lectura de los mismos.