INFORME LABORATORIO N. 2 MAQUINAS ELECTRICAS Juan Andrés Ramírez Párraga - 20202673098 Andrés Felipe Gaona Hincapié - 20191573126 Gabriela Martinez Garcia – 20202673074 Javier Alejandro Ávila Muños – 20211673056 Juan Esteban Alarcón Parada - 20202673056 PROFESORA NAYIBER RODRIGUEZ LEON UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA PROYECTO CURRICULAR TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA BOGOTÁ 2022 INTRODUCION En el siguiente pre-informe se verá reflejado los cálculos teóricos y prácticos de un circuito trifásico, desarrollado en el laboratorio de máquinas eléctricas. MARCO TEORICO ♦ CIRCUITOS TRIFASICOS: En ingeniería eléctrica, un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente valor eficaz), que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120° eléctricos, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple corrientes diferentes o distintos desfases entre ellas, el sistema de tensiones está desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas, el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas. El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, como son la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos de menor sección que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante. Los generadores utilizados en centrales eléctricas son trifásicos, dado que la conexión a la red eléctrica debe ser trifásica salvo para centrales de poca potencia. La trifásica se usa masivamente en industrias, donde las máquinas funcionan con motores trifásicos. ♦ CONEXIÓN EN ESTRELLA: En un generador en configuración estrella, las intensidades de fase coinciden con Los correspondientes de línea, por lo que se cumple en caso de equilibrio. 𝑰𝑭 = 𝑰𝑳 Las tensiones de fase y de línea en configuración estrella en caso de equilibrio se relacionan por √𝟑𝑼𝑭 = 𝑼𝑳 relación obtenida al aplicar la segunda ley de Kirchhoff a los fasores 𝑼𝑨𝑵 , 𝑼𝑩𝑵 𝒚 𝑼𝑨𝑩 de modo que resulta (transformando los fasores en vectores (x, y) para facilitar el cálculo. 𝑼𝑨𝑵 − 𝑼𝑩𝑵 = 𝑼𝑨𝑩 = √𝟑𝑼𝑨𝑵 ⋅ 𝟏(𝟑𝟎°) siendo 𝑼𝑨𝑵 = 𝑼𝑭 𝒚 𝑼𝑨𝑩 = 𝑼𝑳 ♦ CONEXIÓN EN TRIANGULO: Si se conectan entre sí las fases del generador o de la carga, conectando el principio de cada fase con el final de la siguiente, se obtiene la configuración triángulo. En configuración triángulo, la intensidad de fase y la intensidad de línea se relacionan por √𝟑𝑰𝑭 = 𝑰𝑳 relación obtenida al aplicar la primera ley de Kirchhoff a los fasores de intensidad de cualquiera de los tres nodos de modo que resulta 𝑰𝑩𝑨 − 𝑰𝑨𝑪 = 𝑰𝑨 = √𝟑𝑰Ó𝑨 ⋅ 𝟏(−𝟑𝟎°) siendo 𝑰𝑨 = 𝑰𝑳 . Esta relación es visualizable dibujando el diagrama de estos fasores de intensidad. Las tensiones de fase y de línea en configuración triángulo coinciden 𝑼𝑭 = 𝑼𝑳 , lo que es evidente porque cada rama de fase conecta dos líneas entre sí. ♦ POTENCIA EN LOS SISTEMAS TRIFASICOS EQUILIBRADOS: La potencia suministrada por un generador trifásico o la consumida por un receptor trifásico, es la suma de las potencias suministradas o consumidas por cada fase. Por lo tanto, la potencia aparente será: 𝑆 = 3𝑈𝐹 𝐼𝐹 la potencia activa 𝑃 = 3𝑈𝐹 𝐼𝐹 cos 𝜙 y la potencia reactiva 𝑄 = 3𝑈𝐹 𝐼𝐹 sin 𝜙 Relacionando los valores de fase con los valores de línea, tendremos: 3𝑈𝐹 𝐼𝐹 = 3 𝑈𝐿 𝐼𝐹 √3 = √3𝑈𝐿 𝐼𝐹 que corresponde a la potencia aparente de un sistema trifásico. Teniendo en cuenta los desfasajes para cargas inductivas o capacitivas, obtenemos: 𝑃 = √3𝑈𝐿 𝐼𝐹 cos 𝜙 𝑄 = √3𝑈𝐿 𝐼𝐹 sin 𝜙 ♦ ¿QUÉ ES LA CORRIENTE MONOFÁSICA? Es la corriente que viaja por un solo conductor en un sistema de una única fase. En función del país, podrá variar su frecuencia y la tensión como es el caso de España que es de 230V 50Hz, en cambio en Perú es de 220V 60Hz y se usa para pequeños motores y consumos de iluminación en el ámbito doméstico. Además, el sistema monofásico es la de distribución, la producción y el consumo eléctrico por una sola fase. Por lo tanto, la tensión varía equitativamente de forma conjunta. ♦ CORRIENTE ALTERNA Es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. Es decir, tiene la forma de una onda sinusoidal, esta corriente es la que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna. ♦ CARGA INDUCTIVA Carga capacitiva La carga inductiva (también conocida como carga inalámbrica) usa un campo electromagnético para transferir energía entre dos objetos a través de la inducción electromagnética. Esto generalmente se hace con una estación de carga. La energía se envía a través de un acoplamiento inductivo a un dispositivo eléctrico, que luego puede usar esa energía para cargar baterías o hacer funcionar el dispositivo. Se representa como XL. ♦ CARGA CAPACITIVA Las cargas capacitivas son del tercer tipo y son opuestas a las cargas inductivas. Las cargas capacitivas incluyen la energía almacenada en materiales y dispositivos, como los condensadores, y provocan que los cambios en la tensión se retrasen respecto de los cambios en la corriente. Las cargas capacitivas son menos comunes que las cargas inductivas y resistivas, pero se están volviendo más comunes con la implementación de componentes electrónicos cada vez más complejos. Se representan como XC. MATERIALES MEDIDOR DE POTENCIA: El medidor de potencia es un instrumento de mesa que mide la potencia efectiva, la potencia aparente, el factor de potencia, el consumo energético, la corriente y la tensión alterna, la corriente y la tensión continua, la resistencia y la frecuencia. PINZAS VOLTI-AMPERIMETRICAS Una pinza amperimétrica es una herramienta de medición eléctrica que combina un multímetro digital básico con un sensor de corriente. Las pinzas miden la corriente. Las sondas miden la tensión. PINZAS MEDIDOR DE POTENCIA MN193 Permite medir voltaje, corriente, potencia, factor de potencia, ángulo de fase, potencia reactiva o frecuencia, también detecta secuencia de fase en línea viva en cualquier punto de un circuito monofásico o circuito trifásico. FUSIBLES: Los fusibles son dispositivos pequeños de seguridad que forman parte de las instalaciones eléctricas, los cuales se funden cuando la corriente alcanza ciertos valores excesivos. Se conforman por una lámina o un filamento hecho de una aleación o de un metal que se destaca por presentar un punto de fusión bajo. BORNERAS CORTAS, MEDIANAS Y LARGAS Los bornes son los contactos que se usan para conectar y así trasmitir la energía producida por la pila, e identificas su polaridad con los colores rojo y negro o con los signos de + (positivo) y - (negativo), los cuales vienen grabados en cada borne o conexión de las baterías o pilas. CALCULOS TEORICOS 𝑹 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗 𝑳 = 𝟎, 𝟑𝟗𝟏𝟒 𝑭 = 𝟔𝟎 𝑽 = 𝟏𝟐𝟎𝑽 𝑿𝑳 = 𝟏𝟒𝟕, 𝟓𝟓 𝒁𝒂 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗 + 𝟏𝟒𝟕, 𝟓𝟓𝒋 = 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗. 𝟎𝟖 = √𝟑 𝟏𝟐𝟎∠𝟎 + 𝟑𝟎° = 𝟐𝟎𝟕. 𝟖𝟒∠𝟑𝟎° 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟑𝟎° 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟏𝟎𝟔𝟒∠𝟏𝟗, 𝟎𝟖 𝑰𝒛𝒂 = 𝑺𝒛𝒂 = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟑𝟎° ∗ 𝟏𝟎𝟔𝟒∠𝟏𝟗, 𝟎𝟖 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟏𝟒∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖 𝑽𝑨 𝑷𝒛𝒂 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟏𝟒 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟏𝟒𝟒. 𝟖𝟗𝟕 𝑸𝒛𝒂 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟏𝟒 𝐬𝐢𝐧(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟏𝟔𝟕, 𝟕 𝑷𝑻 = 𝟒𝟑𝟒, 𝟔𝟗𝟏 𝑮𝑻 = 𝟓𝟎𝟏, 𝟑 𝑱𝑻 = 𝟔𝟔𝟑, 𝟓∟𝟒𝟗, 𝟎𝟖 𝑭𝑷 = 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟎, 𝟔𝟓𝟓 = 𝟔𝟓% 𝝓 = 𝟏𝟖, 𝟏𝟗 → 𝑪𝒛 = 𝑷𝒛𝒂 (𝐭𝐚𝐧; − 𝐭𝐚𝐧−𝟏 ) 𝑽𝒛𝒂 𝟐 − 𝟐 𝝅 𝒇 𝟏𝟒𝟒, 𝟖𝟗𝟕(𝟏, 𝟏𝟓𝟑𝟔 − 𝟎, 𝟑𝟐𝟖𝟓) = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒𝟐 ∗ 𝟑𝟕𝟔, 𝟗𝟗 𝟑𝟓𝟖, 𝟔𝟔𝟐 𝟕𝟑𝟑𝝆 = 𝟏𝟔𝟐𝟖𝟓𝟎𝟏𝟐, 𝟓𝟖 𝑽𝒛𝒃 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗∠ − 𝟏𝟐𝟎° 𝒁𝒃 = 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° 𝟏𝟐𝟕, 𝟗∠ − 𝟏𝟐𝟎° 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟎, 𝟔𝟓𝟓∠𝟏𝟔𝟗, 𝟎𝟖° 𝑰𝒛𝒃 = 𝑺𝒛𝒃 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗∠ − 𝟏𝟐𝟎° ∙ 𝟎. 𝟔𝟓∠ − 𝟏𝟔𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟖𝟑, 𝟕𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° 𝑷𝒛𝒃 = 𝟖𝟑, 𝟕𝟕 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖°) = 𝟓𝟒, 𝟖𝟕𝒘 𝑸𝒛𝒃 = 𝟖𝟑, 𝟕𝟕 𝐬𝐢𝐧(𝟒𝟗. 𝟎𝟖°) = 𝟔𝟑, 𝟐𝟗𝟖 𝑽𝑨𝑹 𝑽𝒛𝒄 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗∠𝟏𝟐𝟎 𝒁𝒄 = 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖 𝟏𝟐𝟕, 𝟗∠𝟏𝟐𝟎° 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕 ∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟎, 𝟔𝟓𝟓∠𝟕𝟎, 𝟗𝟐° 𝑰𝒛𝒄 = 𝑺𝒛𝒄 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗∠𝟏𝟐𝟎° ∙ 𝟎, 𝟔𝟓𝟓∠ − 𝟕𝟎, 𝟗𝟐° = 𝟖𝟑, 𝟕𝟕𝟒∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° 𝑷𝒛𝒄 = 𝟖𝟑, 𝟕𝟕 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖°) = 𝟓𝟒, 𝟖𝟕𝒘 𝑸𝒛𝒄 = 𝟖𝟑, 𝟕𝟕 𝐬𝐢𝐧(𝟒𝟗. 𝟎𝟖°) = 𝟔𝟑, 𝟐𝟗𝟖 𝑽𝑨𝑹 VOLTAJE TOTAL L1-L2 L1-L3 L2-L3 L1 L2 L3 POTENCIAS: L1 L3 DIAGRAMAS FASORIALES CORRECTOR DE POTENCIA: POTENCIAS CON FACTOR DE POTENCIA CORREGIDO SIN FACTOR DE CORRECCION DE POTENCIA: SIN FACTOR DE CORRECTOR DE POTENCIA: DATOS CORREGIDOS EN CLASE: 𝑹 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗 𝑳 = 𝟎, 𝟑𝟗𝟏𝟒 𝕗 = 𝟔𝟎 𝑽 = 𝟏𝟐𝟎𝑽 𝑿𝑳 = 𝟏𝟒𝟕, 𝟓𝟓 𝒁𝒂 = 𝟏𝟐𝟕, 𝟗 + 𝟏𝟒𝟕, 𝟓𝟓𝒋 = 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕 ∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖 = √𝟑 𝟏𝟐𝟎∠𝟎 + 𝟑𝟎° = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟑𝟎° 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟑𝟎° 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖 = 𝟏, 𝟎𝟔𝟒∠ − 𝟏𝟗, 𝟎𝟖 𝑰𝒛𝒂 = 𝑺𝒛𝒂 = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟑𝟎° ∗ 𝟏, 𝟎𝟔𝟒∠𝟏𝟗, 𝟎𝟖 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟏𝟒∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖𝑽𝑨 𝑷𝒛𝒂 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟏𝟒 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟏𝟒𝟒, 𝟖𝟗𝟕 𝑸𝒛𝒂 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟏𝟒 𝐬𝐢𝐧(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟏𝟔𝟕, 𝟏 𝑷𝑻 = 𝟒𝟑𝟒, 𝟔𝟗𝟏 𝑮𝑻 = 𝟓𝟎𝟏, 𝟑 𝑺𝑻 = 𝟔𝟔𝟑, 𝟓∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖 𝑭𝑻 = 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟎, 𝟔𝟓𝟓 = 𝟔𝟓% 𝝓 = 𝟏𝟖, 𝟏𝟗 → 𝑪𝒛 = 𝑷𝒛𝒂 (𝐭𝐚𝐧; 𝐭𝐚𝐧 𝑫) 𝑽𝒛𝒂 𝟐 − 𝟐𝝅𝕗 𝟏𝟒𝟒, 𝟖𝟗𝟕(𝟏, 𝟏𝟓𝟑𝟔 − 𝟎, 𝟑𝟐𝟖𝟓) = (𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒)𝟐 ∗ 𝟑𝟕𝟔, 𝟗𝟗 𝟑𝟓𝟖, 𝟔𝟔𝟐 𝟕, 𝟑𝟑𝝁 = 𝟏𝟔𝟐𝟖𝟓𝟎𝟏𝟐, 𝟓𝟔 𝑽𝒛𝒂 = √𝟑𝟎 ∗ 𝟏𝟐𝟎∠ − 𝟏𝟐𝟎 + 𝟑𝟎 = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠ − 𝟗𝟎° 𝒁𝒃 = 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠ − 𝟗𝟎 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟗, 𝟎𝟑𝟒𝟑∠ − 𝟏𝟑𝟗, 𝟎𝟖° 𝑰𝒛𝒃 = 𝑺𝒛𝒃 = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒 ∠ − 𝟗𝟎 ∗ 𝟏, 𝟎𝟑𝟒𝟑∠𝟏𝟑𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟐𝟐𝟏, 𝟐𝟎∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖 𝑷𝒛𝒃 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟐𝟎 𝐜𝐨𝐬(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟏𝟒𝟒, 𝟖𝟖𝟕 𝑸𝒛𝒃 = 𝟐𝟐𝟏, 𝟐𝟎 𝐬𝐢𝐧(𝟒𝟗, 𝟎𝟖) = 𝟏𝟔𝟕, 𝟏𝟒𝟒 𝑽𝒁𝑬 = √𝟑 ∗ 𝟏𝟐𝟎 ∠𝟏𝟐𝟎 + 𝟑𝟎° = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒 ∠𝟏𝟓𝟎 𝒁𝑪 = 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕 ∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟏𝟓𝟎 𝟏𝟗𝟓, 𝟐𝟕∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° = 𝟏, 𝟎𝟔𝟒𝟑∠𝟏𝟎𝟎, 𝟗𝟐° 𝑰𝒛𝒄 = 𝑺𝒛𝒄 = 𝟐𝟎𝟕, 𝟖𝟒∠𝟏𝟓𝟎° ∗ 𝟏, 𝟎𝟔𝟒𝟑∠𝟏𝟎𝟎, 𝟗𝟐° = 𝟐𝟐𝟏, 𝟐𝟎∠𝟒𝟗, 𝟎𝟖° REFERENCIAS [1] Página web Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito [2] Página web Electrónica Unión: https://unicrom.com/circuito-el-en-serie/ [3] Página web resistor: https://www.mdresistor.com/es/banco-de-carga-resistivo [4] Página web PDF: https://www.fceia.unr.edu.ar/tci/utiles/Apuntes/Cap%2010-TRIF.pdf [5] Página web Dade much: https://dademuch.com/2020/04/07/circuitos-trifasicos-analisisde-circuitos-electricos/ [6] Página web Automatismo: https://automatismoindustrial.com/curso-carnet-instaladorbaja-tension/a-instalaciones-de-enlace/a-2-corriente-alterna/0-1-19-conexiones-estrellatriangulo-de-cargas-trifasicas-equilibradas/
