INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

INSTALACIONES ELÉCTRICAS

TAREA 1

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN WATTMETRO, PARTES PRINCIPALES Y TIPOS

ALUMNO: NOLASCO MEDRANO JUAN EDUARDO.

PROFESOR: M. EN C. RICARDO NAVARRO SOTO

EQUIPO: 6

GRUPO: 7AM1

FECHA DE ENTREGA: 29 DE FEBRERO DEL 2016 CALIFICACI

ÓN:_______

INTRODUCCIÓN

Los wattmetros o vatímetros son aparatos destinados a medir la potencia activa consumida entre dos puntos A y B de un circuito eléctrico. Los vatímetros pueden ser: electrodinámicos, de inducción, térmicos y digitales. 

El wattmetro es un instrumento de medida de tipo electrodinámico que permite realizar la medición de potencia real eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica un circuito eléctrico y que toma en cuenta la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente, su constitución y funcionamiento es similar al del amperímetro o voltímetro. Básicamente este dispositivo está formado por dos bobinas fijas (bobinas de corriente) y otra móvil (bobina de potencial).

Según la definición de potencia, un vatímetro debe ser un instrumento que realice el producto de dos señales eléctricas, ya que P= V*I.

Un wattmetro siempre entregará la potencia real consumida, o la potencia consumida por los componentes resistivos, en otras palabras la potencia activa (P del triángulo de potencia), mientas que el producto de la medición de un voltímetro con un amperímetro produce como resultado la potencia aparente (S).A continuación se describe el funcionamiento de un wattmetro electrodinámico.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los Wattmetro están diseñados para medir potencia en circuitos monofásicos y trifásicos.La potencia aparente e puede calcular después de que el voltaje y la corriente se midan por separado.

La mayoría de los wattmetro tienen más de un rango de potencia y se recomienda comenzar con una medición siempre con el más alto rango de potencia, cuando el wattmetro tiene más de uno.

Los wattmetros electrodinámicos constan principalmente de: dos bobinas fijas llamadas bobinas de corriente, una bobina fija, llamada bobina de potencia. 

• Bobinas fijas: Son de hilo grueso y de muy pocas espiras para que su resistencia sea muy pequeña y son recorridas por la corriente del circuito. La resistencia de las bobinas amperimétricas es muy pequeña para que la caída de tensión en ella sea despreciable.

• Bobina móvil: Tiene un gran número de espiras de hilo muy fino para que su resistencia sea muy elevada y que la corriente que se derive por ella sea despreciable. Es de hilo fino y es denominada bobina voltimétrica, está alimentada por la tensión entre los puntos A y B donde va montado el wattmetro (extremos de la carga). Para que esta bobina sea recorrida por una corriente muy pequeña, se conecta una resistencia grande en serie con ella. 

Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Y adicionalmente a estas bobinas, los wattmetros analógicos tienen en la bobina móvil una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida.

Al circular una corriente por las bobinas fijas, se genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y se encuentra en fase con la misma. Así las bobinas amperimétricas y la voltimétrica crean sendos campos magnéticos que responden en el tiempo a los mismos valores alternos de la intensidad y la tensión respectivamente. Por lo tanto, entre los dos campos se originan las fuerzas que dan lugar a un desplazamiento de la aguja, que es proporcional a la potencia activa.En un circuito de corriente continua, el movimiento de la aguja es proporcional a la corriente y al voltaje, es decir W=VA o P=EI.

En el caso de un circuito de corriente alterna el giro de la aguja es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo así la potencia real. 

El procedimiento para medir la potencia eléctrica es el siguiente:

1. Asegúrese de que el voltaje del circuito no exceda el límite de voltaje del medidor. Se debe verificar el voltaje con un voltmetro.

2. Verificar que la corriente en el circuito no exceda el límite de corriente del aparato, para esto se puede usar un voltampermetro de gancho.

3. Ajuste el wattmetro en su rango más alto.

4. Conectar el wattmetro al circuito cuando este esté desenergizado. Para verificar que lo está, se puede usar un voltmetro.

5. Después de que se ha conectado el wattmetro, se energiza el circuito a medir.

6. Leer el voltaje, corriente y potencia activa en el medidor.

7. Desconectar el circuito (desenergizar), después de haber hecho la medición para retirar el wattmetro.

En otras palabras el principio en el cual el instrumento funciona es como sigue: Suponga cualquier circuito, tal como un motor eléctrico, una lámpara o un transformador, está recibiendo la corriente eléctrica; entonces la energía dada a ese circuito contado en Watts es medida por el producto de la corriente que atraviesa el circuito en Ampers y la diferencia potencial de los extremos de ese circuito en Volts, multiplicados por cierto factor llamado en el factor de la energía en esos casos en los cuales el circuito sea inductivo y el alternarse actual.

Si un electrodinamómetro, hecho como esta descrito arriba, tiene su circuito fijo conectado en serie con el circuito que absorbe energía y su bobina móvil (herida con el alambre fino) conectada a través de los terminales del circuito, después una corriente atravesará la bobina

fija, y una corriente atravesará la bobina alta de la resistencia del vatímetro proporcional a la diferencia potencial en los terminales del circuito. La bobina movible del vatímetro se suspende normalmente de modo que su eje sea perpendicular al de la bobina fija y sea obligado por la torsión de un resorte espiral.

Cuando las corrientes atraviesan las dos bobinas, las fuerzas se atraen en la acción que obliga a las bobinas que fijen sus hachas en la misma dirección, y estas fuerzas se pueden oponer por otro esfuerzo de torsión debido al control de un resorte espiral regulado moviendo una cabeza de la torsión en el instrumento.

El esfuerzo de torsión requerido para sostener las bobinas en su posición normal es proporcional al valor medio del producto de las corrientes que atraviesan dos bobinas respectivamente, o al valor medio del producto de la corriente en el circuito que absorbe energía y la diferencia potencial en sus extremos, es decir, a la energía tomada por el circuito.

Por lo tanto esta energía se puede medir por la torsión que se debe aplicar al trabajo movible del vatímetro para sostenerlo en la posición normal contra la acción de las fuerzas que tienden para desplazarla.

El vatímetro se puede por lo tanto calibrar para dar las lecturas directas de la energía contada en los vatios, tomados en el circuito; por lo tanto su nombre, vatímetro. En esos casos en los cuales el circuito absorbente de energía sea inductivo, la bobina del vatímetro conectado a través de los terminales del circuito “powerabsorving” debe tener una inductancia excesivamente pequeña, una corrección considerable puede llegar a ser necesaria.

Por lo tanto un vatímetro electrodinámico, aplicado para medir la corriente eléctrica tomada en un circuito al emplear corrientes alternas da lecturas absolutamente correctas solamente en el caso cuando el circuito potencial del vatímetro y el circuito tienen inductancias insignificantes, y cuando los mismos dos circuitos tienen constantes de tiempo iguales. Si estas condiciones no se satisfacen, se asume que el vatímetro puede haber sido calibrado con las corrientes continuas, pueden ser demasiado altas o demasiado bajas cuando se están utilizando las corrientes alternas.

PARTES PRINCIPALES

Los vatímetros electrodinámicos constan principalmente de:

- Una bobina móvil Bv, de gran número de espiras de hilo muy fino para que su resistencia sea muy elevada.La bobina móvil está pivotada sobre un eje para que pueda girar.

- Una bobina fija Bi, de muy pocas espiras y de hilo muy grueso para que su resistencia sea muy pequeña.

- Un resorte antagonista que se opone al giro de la bobina móvil.

- Una aguja solidaria con la bobina móvil, que al desplazarse sobre una escala graduada da la medida de la potencia activa leída por el vatímetro.

La bobina móvil Bv, denominada bobina voltimétrica, está alimentada por la tensión entre los puntos A y B donde va montado el vatímetro (extremos de la carga). La resistencia de la bobina voltimétrica es muy elevada para que la corriente que se derive por ella sea despreciable (característica propia de un voltímetro).

La bobina fija Bi, denominada amperimétrica, es recorrida por la corriente que circula por la carga. La resistencia de la bobina amperimétrica es muy pequeña para que la caída de tensión en ella sea despreciable (característica propia de un amperímetro).

La bobina con una aguja indicadora, unida a ella, que gira alrededor de un eje, de tal modo que puede oscilar en el campo magnético de la segunda bobina, y está sometida a un resorte cuyo momento recuperador es proporcional al ángulo girado. El par que tiende a hacer girar la bobina es proporcional al mismo tiempo, a la intensidad de corriente que la recorre y al campo magnético proporcional a la intensidad de corriente en la bobina fija.

Por consiguiente si la bobina fija se conecta como el amperímetro, la intensidad que pasa por ella es proporcional a la intensidad total y su campo magnético es proporcional a esta intensidad. Si la bobina móvil se conecta como el voltímetro, la intensidad de la corriente que la recorre es proporcional a la diferencia de potencial entre los bornes de x.

El vatímetro está provisto de cuatro bornes, dos correspondientes al amperímetro y dos al voltímetro.

TIPOS DE WATTIMETROS

Wattmetro Analógico

La bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella.

El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito.

Los dos circuitos de un vatímetro son propensos a resultar dañados por una corriente excesiva. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Esto se debe a que su posición depende del factor de potencia, el voltaje y la corriente. Así, un circuito con un factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso aunque ambos de sus circuitos esté cargados al borde de su límite de seguridad. Por tanto, un vatímetro no sólo se clasifica en vatios, sino también en voltios y amperios.

Wattmetro electrónico

Los vatímetros electrónicos se usan para medidas de potencias directas y pequeñas o para medidas de potencia a frecuencias por encima del rango de los instrumentos de tipo electrodinamómetro. Los tríodos acoplados se operan en la porción no lineal de sus curvas características al voltaje de red y la corriente de placa.

El rango de frecuencia de un vatímetro electrónico puede extenderse hasta los 20 megahercios usando tubos de pentodos en lugar de tríodos. Las condiciones de operación de un pentodo se ajustan de forma que la corriente de placa sea proporcional al producto de una función linear del voltaje de placa y a una función exponencial del voltaje de red.

TIPOS MEDICION DE POTENCIA – EL VATIMETRO

La medición de potencia eléctrica activa se realiza con el vatímetro. Este instrumento de medición tiene una parte amperimétrica, la cual se conecta como los amperímetros comunes (intercalado en la línea) y una parte voltimétrica que se conecta como los voltímetros, en paralelo a las líneas que conducen la corriente eléctrica, de manera que se obtenga la potencia por efecto de ambas medidas

El vatímetro de pinzas, es un dispositivo similar a una pinza amperimétrica que sensa la corriente y la tensión en la carga, realizando el cálculo de la potencia por medio de un dispositivo electrónico. La medida de potencia puede ser mostrada directamente por el equipo o indirectamente a través de un multímetro, tal como se muestra en la figura.

En esta figura se puede observar la conexión voltimétrica en los puntos "R" y "B"; así como el sensado de la corriente mediante una pinza de efecto Hall.Este tipo de instrumento es muy sencillo de utilizar, pero requiere de cuidado con la polaridad al efectuar las conexiones.

BIBLIOGRAFÍA

Chapman Stephen, J. Maquinas eléctricas. Bogotá. Editorial. Mc Graw-Hill Interamericana. Tercera Edición. 2000.

De la Hoz Casas, Jordi. Maquinas electricas – 1 Parcticas. Barcelona. Edicions UPC. Primera Edición. 2006.

http://apuntesingenieriaelectrica.blogspot.mx/2012/06/explique-las-partes-constitutivas-de-un.html