CicloAcadmico2014-II

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Elctrica y ElectrnicaLaboratorio de Circuitos Elctricos 2-EE132M

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELCTRICOS II

EXPERIENCIA N6:DETERMINACION DE LA SECUENCIA DE FASE DE UN SISTEMA TRIFSICO

INFORME PREVIO

DOCENTE:LVAREZ CISNEROS, CIRO

ALUMNO:SERNA TORRE, PAUL ADN

CDIGO DEL ALUMNO:20124052G

CDIGO DE CURSO:EE132M

Lima-Per2014

INFORME PREVIO: DETERMINACIN DE LA SECUENCIA DE FASE DE UN SISTEMA TRIFSICO1. FUNDAMENTO TERICO1.1 Por qu los sistemas trifsicos es el sistema polifsico ms usado?Los circuitos o sistemas en los que las fuentes de ca operan a la misma frecuencia pero en diferentes fases se conocen como polifsicos. De los sistemas polifsicos, el ms usado es el sistema trifsico.Los sistemas trifsicos son importantes por tres razones:-Casi toda la potencia elctrica se genera, distribuye en forma trifsica, tal que cuando se requiera alimentacin monofsica o bifsica se les toma del sistema trifsico en vez de generarlas de forma independiente; incluso manipulando las tres fases es posible obtener ms fases.-La potencia instantnea en un sistema trifsico puede ser constante (no pulsante), esto produce uniformidad y menos vibracin en las mquinas trifsicas.-La cantidad de alambre conductor requerida para un sistema trifsico es menor que la requerida para un sistema trifsico equivalente (es ms econmico en trminos de energa disipada por conductor).1.2 Cmo realmente se generan tensiones trifsicas? Cmo se modela en circuitos?Las tensiones trifsicas a menudo se producen con un generador trifsico, tambin llamado alternador (ver figura 1.1). Este generador consta bsicamente de un imn giratorio (llamado rotor) rodeado por un devanado estacionario (llamado estator). Tres devanados bobinas independientes se disponen fsicamente formando 120 alrededor del estator. Al girar el rotor, su campo magntico corta el flujo de las bobinas del estator e induce tensin en ellas. A causa de que las bobinas se hallan 120 de distancia entre s, las tensiones inducidas en ellas son iguales en magnitud pero estn desfasadas 120 (ver figura 1.2). Puesto que cada bobina puede considerarse como un generador monofsico, es posible obtener a partir potencia monofsica a partir de la trifsica.

Fig. 1.1. Generador trifsico. Ntese las tres bobinas a-a, b-b y c-c dispuestas simtricamente.

Fig. 1.2. Tensiones trifsicas en el tiempo producidas entre terminales del generador.

A manera de modelar en un circuito lo que produce el generador, determinamos un sistema trifsico comn que consta de tres fuentes de tensin conectadas a cargas mediante tres o cuatro conductores, llamadas lneas de transmisin. Estas fuentes pueden colocarse en estrella o delta.

Fig. 1.3. Sistema de fuentes trifsicas. Conectas en estrella (a), y conectadas en delta (b).

Ahora desarrollaremos algunos conceptos clave: Tensin de lnea o compuesta: tensin entre dos lneas del sistema, por ejemplo: Vab, Vbc, Vca. Tensin de fase: tensin de cada fuente del sistema o tensin sobre la impedancia de cada rama, por ejemplo: Van, Vbn, Vcn. Corriente de lnea: corriente por la lnea que sale de la fuente o corriente solicitada por la carga. Corriente de fase: corriente por la fuente o por la impedancia de cada rama.

Definicin de tensiones balanceadas o equilibradas

Tambin, decimos que un sistema de tensiones trifsicas estn balanceadas cuando las tensiones de fase son iguales en magnitud y estn desfasadas 120

1.2 Cmo surge el concepto de secuencia de fases? Qu es?Secuencia de fases: es el orden temporal es que las tensiones pasan por sus respectivos valores mximos. Tambin puede concebirse como el orden que en que las tensiones de fase llegan a sus valores pico respecto al tiempo. La secuencia de fases est determinada por el oren en que los fasores pasan por un punto fijo en el diagrama de fases.

Dado que las tensiones trifsicas (balanceadas) estn desfasadas 120 entre s, hay dos combinaciones, una posibilidad puede ser la siguiente:

Fig. 1.4 Tensiones trifsicas balanceadas con secuencia abc (positiva).

Esto se conoce como se conoce como secuencia abc o secuencia positiva. Esta secuencia se produce cuando el rotor de la figura 1.1 gira en sentido contrahorario.Existe otra posibilidad de obtener tensiones balanceadas, Esta posibilidad la podemos obtener as:

Fig. 1.5 Tensiones trifsicas balanceadas con secuencia acb (negativa).

Esto es lo que se conoce como secuencia negativa o secuencia acb. En esta secuencia Van se adelanta a Vcn, la que a sus vez adelante a Vbn. Esta secuencia se produce cuando el rotor gira en sentido horario.

2. MATERIALES A UTILIZAR EN LA EXPERIENCIAInstrumentos de medicin requeridos: 2 voltmetros de 0-300V. 1 multmetro. 1 secuencmetro. Juego de conductores.Elementos pasivos y/o dispositivos elctricos a utilizar: 2 resistencias de 15.8K-500V. 1 dcada de condensadores.

3. CIRCUITO ELCTRICO A UTILIZAR3.1 Circuito N1Este circuito consta de dos resistores de igual magnitud, y un capacitor variable (dcada de capacitores). En la experiencia, lo energizaremos con secuencia RST (supuesta), luego podemos utilizar voltmetros por separado como indica la figura 3.1, o tambin podemos medir con un multmetro donde lo indica. Luego variamos la capacitancia desde 0 a 220nF. Luego para el mismo circuito, cambiamos la alimentacin a RTS (contraria a la anterior) y realizamos los mismos pasos. Fig. 3.1 Circuito n1 a montar en la experiencia.

3.1 Circuito N2Este circuito consta de un voltmetro, dos resistores y un capacitor variable (dcada de condensadores). Alimentamos primero con la secuencia RST (supuesta), luego variamos la capacitancia y enseguida registramos los valores que indica el voltmetro (o multmetro). Finalmente, realizaremos el mismo procedimiento pero cambiando el sentido de la alimentacin.

Fig. 3.2 Circuito n2 a montar en la experiencia.

CUADRO DE MAGNITUDES PARA EL CIRCUITO N1Los valores de esta tabla se han obtenido a partir de la aplicacin de las ecuaciones deducidas a y b.NVL (V)R(k)C(nF)Xc(k)R-S-TR-T-S

V1 (V)V2 (V)V1 (V)V2 (V)

122015.810265.252104.331115.669115.669104.331

222015.84066.31387.66132.406132.40687.66

322015.87037.89372.369148.279148.27972.369

422015.810026.52559.924162.863162.86359.924

522015.813020.40442.145175.913175.91342.145

622015.816016.57850.397187.338187.33850.397

722015.819013.96154.207197.155197.15554.207

822015.822012.05761.55205.47205.4761.55

CUADRO DE MAGNITUDES PARA EL CIRCUITO N2Los valores de esta tabla se han obtenido a partir de la aplicacin de las ecuaciones deducidas c y d.NVL (V)R(k)C(nF)Xc(k)V(RST)V(RTS)

122015.810265.252196.349241.344

222015.84066.313125.875284.526

322015.87037.89384.086299.389

422015.810026.52584.371299.468

522015.813020.404100.984294.282

622015.816016.578117.951287.902

722015.819013.961131.953281.759

822015.822012.057143.105276.263

Observaciones:-Para el circuito N1 con secuencia positiva, vemos que la tensin del voltmetro V1 va en descenso y la tensin V2 va en aumento a medida que disminuimos la capacitancia; mientras que con secuencia negativa, sucede todo lo contrario, V1 va en aumento, y V2 va en descenso.-Para el circuito N2, vemos que siempre se cumple que la tensin del voltmetro para la secuencia negativa es mayor que para la secuencia negativa.

5. SIMULACIONES5.1. SIMULACIN DEL CIRCUITO N1-SECUENCIA POSITIVA RSTFig. 5.1 Simulacin del circuito N1. La alimentacin es de secuencia positiva RST; la colocacin de la tierra no afecta por ser nica en el circuito.

Observacin: La tensin de R2 resulta mayor a la de R1, por lo tanto, la fase que le sigue a S es la fase de R2 (fase T); as verificamos que habamos alimentado con secuencia positiva RST. Cabe mencionar, que hemos tambin corroborado numricamente que las expresiones deducidas en clculos previos estn correctas.5.2. SIMULACIN DEL CIRCUITO N1-SECUENCIA NEGATIVA (RTS)

Fig. 5.2 Simulacin del circuito N1. La alimentacin es de secuencia negativa, ntese como se cambi la alimentacin a la salida del generador.

Observacin: Como ahora la tensin en R1 es mayor que R2, esto significa un caso contrario al anterior; por lo que comprobamos que la alimentacin es de secuencia negativa. Cabe mencionar, que hemos tambin corroborado numricamente que las expresiones deducidas en clculos previos estn correctas.

5.3. SIMULACIN DEL CIRCUITO N2-SECUENCIA POSITIVA Y SECUENCIA NEGATIVAVemos conveniente realizar una simulacin comparativa, es decir, que comprobaremos con qu secuencia trabajamos comparando las medidas de los voltmetros para una misma capacitancia.

Fig. 5.3 Simulacin del circuito N2-secuencia positiva. Vemos que la tensin es de 143.057V en el voltmetro.

Fig. 5.4 Simulacin del circuito N2-secuencia negativa. Se ha cambiado la forma como alimenta el generador; ntese que ahora la tensin en el voltmetro es mayor.

Observacin para ambos circuitos: Vemos que para una misma capacitancia; en secuencia positiva, el voltmetro marca un menor valor que en secuencia negativa; esto corrobora que las tensiones de alimentacin son de secuencia positiva para el primer circuito, y de secuencia negativa para el segundo circuito. Asimismo, hemos comprobado numricamente la tensin del voltmetro que se calcul anteriormente.

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES FINALES-Analticamente, hemos podido comprobar que la transformacin de impedancias de estrella a delta, resulta til para circuitos con carga desbalanceadas; esto se utiliz para clculos del circuito N1.-Acorde con la simulacin circuito N1, vemos que si el capacitor est conectado a la fase S (supuesta), y la tensin V2 es mayor que V1, entonces donde est conectado V2, es la fase que le sigue a la S para que sea de secuencia positiva. Sabiendo lo anterior, es posible determinar cuando la secuencia es negativa.-Tambin, con respecto al circuito N1, se pudo comprobar con el cuadro comparativo realizado, que para secuencia positiva, a medida que disminuimos la capacitancia, la tensin V1 disminuye pero la tensin V2 aumenta. Sucede todo lo contrario para secuencia negativa.-Asimismo con la simulacin del circuito N2, vemos que la tensin del voltmetro cuando es de secuencia positiva es menor que cuando es de secuencia negativa (para un mismo valor de C). -Con los dos puntos anteriores, vemos que el circuito N1 y N2 resultan ser mtodos indirectos, para la determinacin de la secuencia de fases de un sistema de tensiones balanceadas.

6. APLICACIONESDeterminar la secuencia de fases en un sistema es importante para alimentar adecuadamente a motores, o poner la puesta en paralelo de transformadores. Aqu desarrollaremos otros mtodos diferentes al de la experiencia, para poder determinar la secuencia de fases.USO DEL SECUENCMETRO PARA DETERMINAR LA SECUENCIA DE FASESEl secuencmetro es una aparato que nos indica la secuencia de fases a partir de la indicacin del sentido de rotacin de un disco, en la figura 6.1, se muestra uno en que la indicacin de las fases viene dado por la direccin de la flecha grabada en un disco rotante. Bsicamente es un pequeo motor asincrnico, cuya rotacin depender del orden de sucesin en el tiempo de las fases que alimentan las bobinas estatricas.

Fig. 6.1 Secuencmetro con disco.

Tambin es posible usar un secuencmetro electrnico (o de luz) para determinar la secuencia de fases (figura 6.2), lo podemos usar de la siguiente manera:Sin energizar, conecte el secuencmetro al sistema de alimentacin de voltajes trifsico disponible en la pared. Una vez conectadas las tres fases, accione la palanca del interruptor para energizar y determine la secuencia de fases. Al usar un secuencmetro de luz, la secuencia corresponde al sentido que indica la flecha cuya luz enciende. Una vez identificada la secuencia, accione el interruptor para desenergizar y desconecte el secuencmetro.

Fig. 6.2 Secuencmetro de luz.

EXPERIENCIA N5: MEDIDA DE LA ENERGA.INFORME PREVIO11