SECUENCIA DE FASE DE UN SISTEMA TRIFSICO

1. PROBLEMA

Cmo determinar el orden de sucesin de las tensiones de lnea de un sistema trifsica?

2. INFORMACIN TERICA Y FORMULACIN DE HIPTESIS

Para ciertas aplicaciones es necesario conocer la secuencia de fase de las lneas de alimentacin trifsica, como por ejemplo en el caso del accionamiento de motores asncronos trifsicos, cuyo sentido de rotacin depende del sentido de giro de esta secuencia de fase.Consideremos el circuito de la figura 1, donde R1 y R2 son dos resistencias iguales de valor hmico R, y C es un condensador de reactancia XC.

Supongamos conocida la secuencia de fase de la fuente trifsica, tal y como se indica a continuacin (V = Voltaje de fase):

Calculemos el mdulo de las tensiones VOR y VOS a las que se est alimentando las resistencias. Aplicando el mtodo de voltaje de nodos obtenemos la siguiente ecuacin:

+ + = 0

Como R1 = R2 = R

= *

Reemplazando los valores de VTR y VRS y ordenando obtenemos:

=

Y las tensiones buscadas sern

= + = + + j

= - = + + j

En mdulo

= V (1)

= V (2)

Estos valores se diferencian solo por el valor del segundo parntesis con lo que resulta que:

>

Este resultado indica que la tensin, en la resistencia, es mayor en la fase ms adelantada de las dos. As si R es la resistencia de dos lmparas incandescentes iguales, la lmpara alimentada por la tensin VOS alumbrar ms que la lmpara alimentada por la tensin VOT, es decir alumbrar ms la lmpara de la fase ms adelantada de las dos.

HIPTESIS:

El orden de sucesin de las tensiones de lneas trifsico depende del mayor voltaje que se tiene en una de las resistencias. La tensin en la resistencia, es mayor en la fase ms adelantada de las dos. La lmpara alimentada por la tensin alumbra ms que la lmpara alimentada por la tensin .

3. CONTRASTACIN DE HIPTESIS

3.1. EQUIPO

Fuente Trifsica (Banco de Transformadores 220 V/12 0 12). 02 lmparas incandescentes de 24 V. 02 Condensadores de 10 y 25 F. 02 Resistencias de 1 k y 02 resistencias de 330 . 01 Voltmetro.

Voltmetro Fuente Trifsico

Condensadores Resistencia

Lmpara incandescente

3.2. Diseo Experimental.

3.3. Realizacin del experimento y obtencin de datos.

1. Con los secundarios del banco de transformadores obtener una fuente de trifsica conectada en Y para un voltaje de fase de 12V, tal como se muestra en la figura 3.2. Conectar las dos resistencias de 1k y el condensador de 10F en Y, tal como se indica en la figura 4. Luego conectar cualquiera de las lneas de salida de la fuente trifsica al terminal libre del condensador. Esta es la lnea que tomaremos como fase R.3. A continuacin conectar las otras dos lneas a los terminales libres de las resistencias, y con el voltmetro medir la tensin en cada una de las resistencias. La lnea conectada a la resistencia que tenga el mayor voltaje ser la fase ms adelantada y por tanto la que sigue a la fase que hemos tomado como referencia, es decir ser la fase S. Completar la tabla 01.

R ()C (F)Vos (V)Vot (V)V (V)

10001025.215.49.8

2525.320.25.1

3301022.46.515.9

2525.014.011

4. Para determinar la influencia de la reactancia del condensador , repita el tem 3 con un condensador de 25F.5. Intercambiar las lneas que se conectan a las resistencias y compruebe si la secuencia de las fases es la misma a la obtenida en el caso anterior.6. Para determinar la influencia de la resistencia R, repita los tems 3 y 4 con una resistencia de 330 .7. Para demostrar que no es necesario utilizar un voltmetro, cambiar las dos resistencias por dos lmparas incandescentes iguales de 24V. La lnea conectada al foco que muestre mayor iluminacin ser la fase S.

DIAGRAMA EXPERIMENTAL

DIAGRAMA EXPERIMENTAL3.4. Anlisis y discusin de resultados.

1. Dibujar un esquema donde se muestre la secuencia de fase de los terminales del banco trifsico utilizado en el experimento.

Banco trifsico

2. Cul es el efecto del valor de los condensadores y de las resistencias utilizadas en el experimento sobre la diferencia de tensiones medidas en las resistencias? Utilice las ecuaciones (1) y (2) para graficar el efecto de diversos valores del condensador y de las resistencias sobre la diferencia de tensiones medidas en las resistencias.

Grafica de efectos del condensador y las resistencias sobre las diferencias de tensiones

3. Cuando se intercambi las lneas que se conectan a las resistencias tomando como origen de fases siempre la tensin aplicada al condensador, la secuencia de fase obtenida fue la misma. Comprobar este resultado analticamente realizando el mismo anlisis del fundamento terico, considerando las conexiones que se muestran en la figura 5. Cules seran las conclusiones?.

Al hacer el intercambio de las lneas de las resistencias, sin variar la las lneas del condensador, observamos que el orden es el mismo concluyendo que lo fundamental es ubicar la lnea base que conectaremos al condensador.

4. Si se deseara construir un dispositivo, como el descrito en esta prctica, para determinar la secuencia de fase de un sistema trifsico, utilizando dos lmparas incandescentes de 220V y 100 vatios Cul debe ser el valor del condensador para que la diferencia de tensiones (y por tanto la iluminacin) entre las lmparas incandescentes sea la mxima?

Primero hemos determinado que para una lmpara de 220 Voltios y 100 Vatios, fluye una corriente de 0.4545 A lo que lleva a que se tenga una Resistencia aproximada de 483.7 . Entonces observamos de la grfica anterior, el valor de condensador que proporciona una mxima diferencia de tensiones para esa resistencia es de aproximadamente: 5 F.

4. CONCLUSIONES

Concluimos que el orden en que se da la sucesin de lneas del sistema trifsico depende del mayor voltaje que se tiene en una de las resistencias. Es evidente que se tiene como base la lnea que se encuentra conectada a alguno de los condensadores (10 F 25 F).

Para las lmparas incandescentes se tiene que la lmpara alimentada por la tensin ilumina ms que la alimentada por la tensin .

Encontramos que al cambiar las resistencias y capacitancias los valores de las diferencias de tensin son variados, pero siempre determinan el orden correcto de la sucesin del sistema trifsico.

5. TRANSFERENCIA

Qu otros mtodos existen para la determinacin de la secuencia de fase de un sistema trifsico?

Mtodo de los dos vatmetros: Por el mtodo de los dos vatmetros y de acuerdo a lo visto en teora, se utiliza un sistema equilibrado de cargas, inductivo o capacitivo. En funcin de la comparacin de las lecturas de ambos se determina la secuencia. Por ejemplo, si conectamos una carga inductiva equilibrada, la lectura del vatmetro de menor indicacin corresponder al vatmetro P12 y por lo tanto determinante de la secuencia de fase 1 para la ampermetrica, fase 2 para la voltimtrica y finalmente la restante la fase 3.

Osciloscopio: Una de las aplicaciones vistas en el osciloscopio de doble trazo es la determinacin de la secuencia de fases, con el esquema siguiente:

Secuencmetro: El 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, 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.

SECUENCMETRO

MENCIONAR ALGUNAS APLICACIONES DONDE ES IMPORTANTE CONOCER LA SECUENCIA DE FASE DE UN SISTEMA TRIFSICO:

A la hora de conectar un motor trifsico si queremos que nos gire en un determinado sentido, necesitaremos conocer la secuencia de fases previamente. Es muy fcil cambiar el sentido de giro del mismo, intercambiando dos de sus fases de alimentacin. Pero a veces nos encontraremos con mquinas que no nos permitirn la prueba del sentido de giro, pudiendo estropearse si giran en sentido contrario al diseado, por poco tiempo que giren, como ocurre con los equipos frigorficos, el compresor trifsico podra daarse. Averiguaremos la secuencia y conectaremos la mquina siguiendo la misma. En los motores rebobinados tendremos en cuenta que quizs el bobinador no ha respetado la secuencia de fases original, y la numeracin de las fases no se corresponda con la nueva distribucin.

Si en una nave tenemos instaladas varias tomas trifsicas para equipos porttiles, unas tendrn una secuencia y otras la contraria. A la hora de la puesta en marcha podremos conectarlas con la misma secuencia, para que los equipos porttiles puedan funcionar correctamente en cualquiera de ellas.