Determinacin del ngulo de Prdidas y el Factor de Prdidas de un Condensador

ObjetivoUsando una resistencia de prdidas, analizaren forma experimental el ngulo y el factor de prdidas de un condensador.Equipo a usar- 1 Autotransformador variable (0-230)V 6A.- 1 Voltmetro digital Fluke V (0-600) V AC.- 1 Miliampermetro de pinza AEMC Instruments (0-20mA) AC- 1 Vatmetro digital Fluke 41 (W) cos=0.2, 220V. 0.5/1A

- 1 Resistencia variable R1= (0-320) 1.5A- 1 Resistencia variable R2= (0-1000) 0.57A- 1 Multmetro digital.- 4 condensadores de 40 F 300 V ACCircuito Elctrico

Fundamento Terico

CONDENSADORES: Un condensador consiste bsicamente de dos conductores separados por un dielctrico o por vaco para almacenar energa en forma de campo electrosttico. La capacitancia se define como la tasa entre la carga elctrica almacenada y el voltaje aplicado:

Siendo la unidad para la capacitancia los Faradios (F). La energa electrosttica en Watts-seg o joules, almacenada en el condensador est dada por:

Dependiendo de la aplicacin, el dielctrico del capacitor puede ser aire, gas, papel impregnado, pelcula orgnica, etc. Teniendo cada uno su propia constante dielctrica y temperatura.Factor de potencia: El trmino factor de potencia, en este caso, define las prdidas elctricas en el condensador que opera bajo un voltaje A.C. En un dispositivo ideal la corriente debe adelantar al voltaje aplicado en 90. Un condensador real, debido a las prdidas en el dielctrico, electrodo y contactos terminales, tiene un ngulo de fase menor a 90. El factor de potencia est definido como la razn entre la resistencia en serie efectiva y la impedancia del condensador.

Determinacin del ngulo de prdidas y del factor de prdidasLa calidad del condensador depende de la calidad del material aislante utilizado como dielctrico en la fabricacin del condensador. Este factor de calidad del condensador se determina midiendo el ngulo de prdidas. El ngulo de prdidas es =90 - , donde es el ngulo de desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensin aplicada al condensador. En uno ideal (sin prdidas) el ngulo de desfasaje es igual a 90. De esto se deduce que para determinar con exactitud el ngulo de desfasaje se procede a medir la potencia real disipada en el condensador (P) y la potencia aparente (VI):

Considerando el siguiente esquema equivalente del condensador (se est representando como un condensador ideal en paralelo con una resistencia equivalente):

IcIcIRIR

Se deduce:

Es muy pequeo el valor del ngulo de prdidas y dificulta su determinacin por un mtodo tcnico. En los condensadores de precisin (patrones de laboratorio), tan es del orden de 10-4 a 103. En los condensadores industriales tan oscila entre valores comprendidos a 103 y 101, y el ngulo puede llegar a menos grados.En la industria se determina el factor de calidad del condensador (tan) utilizando uno de los dos mtodos que a continuacin enumeran:

1.- Mtodo del vatmetro2.- Mtodo de las tres tensionesEl primer mtodo, sea el del vatmetro, requiere la utilizacin de un vatmetro de bajos cos (0,1) y siendo ste un instrumento de alto costo, especialmente de las clases superiores a 0,5 no es muy usual.El segundo mtodo, sea el de tres tensiones, es ms accesible. Para determinar el ngulo de prdidas mediante un vatmetro, se utiliza el esquema de la siguiente figura adjuntada, conectando en lugar de la impedancia sealada Z, R, X, el condensador a ensayar Cx.

El vatmetro seala la potencia Pc disipada y del producto de las lecturas del ampermetro y del voltmetro se obtiene el valor de la potencia aparente. A base de los valores obtenidos de la medicin, se calcula el factor de potencia cos, el cual en un condensador es de muy bajo valor.

Del diagrama fasorial de la figura 3-b se deduce:

El factor de prdidas del condensador Cx ser:

Ejemplo: determinar la calidad del condensador de 5 F y de 500V-CA.1er paso: basndonos en el clculo previo se estima que la intensidad de corriente no sobrepasar de 1 A.Por lo tanto se puede utilizar un vatmetro de clase 0,1 y de las caractersticas siguientes:I=0,5 A y 1 A; V=62,5V, 125V, 250V; cos =0,1La intensidad se medir con un ampermetro electrodinmico 0,1 A y la tensin se medir con un voltmetro electrosttico de 0-150V.2do: despus de armar el circuito de la figura 4, se deben hacer las mediciones cuyos resultados se anotarn en el cuadro de valores adjunto.

CFVWCos Ctg A

5F601000,5000,00870114,6300,57

5F601250,7500,00820114,6300,68

5F601500,8500,00862114,6300,85

3ro: clculo de los resultados: De la primera medicin:

De la segunda medicin:

De la tercera medicin:

El valor promedio de las tres mediciones da como resultado:Cos =0,0087El ngulo que corresponde a este valor es:=8930El ngulo de prdidas: =90-=90-8930=30Para determinar el ngulo de prdidas por el mtodo de los tres voltmetros, se utiliza el esquema de la figura adjunta.

RpXc

Por tanto, habindose conectado el condensador Cx en serie con la resistencia conocida Rp son tres las tensiones a medir:La tensin V1 en la resistencia conocida, la tensin V2 en el condensador Cx y la tensin total aplicada al circuito V. Del tringulo de tensiones se puede deducir que:

y

En base a estos clculos se halla el factor y el ngulo de prdidas del condensador Cx.

SimulacinUtilizando el software Multisim pasaremos a hacer la simulacin de nuestro circuito.Tensin(V)Corriente(mA, XMM1)Potencia(mW, XWM1)Tensin en la Resistencia (V, XMM3)Tensin en el Condensador (mV, XMM2)

12200.6848151.29822011.401

22100.6519137.85721010.884

32000.6182125.04020010.364

41900.5919112.8371909.847

51800.5602101.3031809.328

61700.527990.3321708.811

71600.498180.0261608.291

81500.466170.3351507.774

91400.435761.2641407.255

101300.404352.8241308.738

111200.37345.0231206.219

121100.342437.8251105.7

131000.309131.2601005.182

14900.280125.326904.665

15800.249020.006804.146