UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUADECANATO DE INGENIERÍA ESC. DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MARACAY- EDO ARAGUA MANUAL DE PRACTICAS DE REDES ELÉCTRICAS II RECOPILADO POR: ING. GUSTAVO GUEDEZ ING. FRANCO ALUNNO ING. JOSE ALEXYS RODRÍGUEZ ING CARLOS AGUIAR MARACAY, MARZO 2014 1 ÍNDICE Experiencia 1 y 2.Estudio del Régimen transitorio Experiencia 3. Polaridad del Transformador Experiencia 4. Regulación del transformador Experiencia 5. El Autotransformador Experiencia 6. Circuitos Trifásicos Experiencia 7. Watts, Var y Voltamperes Experiencia 8. Medición de la Potencia Trifásica Experiencia 9 Sistema Trifásico Experiencia 10. Conexiones de Transformadores Trifásicos Experiencia 11. Filtros Pasa Bajo, Filtros Pasa Alto, Filtros Pasa Banda, Filtros Eliminador de Banda Anexos 2 UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE ELÉCTRICA LABORATORIO DE REDES II EXPERIENCIA 1 ANÁLISIS DE TRANSITORIO EN REDES ELÉCTRICAS NOTA : Utilice el comando IC en el programa circuit Maker para reprentar las condiciones iniciales de este circuito para t = 0. 1.c.- El conmutador del circuito mostrado en la figura 1c ha estado en la posición 1 durante un largo periodo de tiempo. En t = 0 , el conmutador se mueve a la posición 2. Calcule : 1.a.- CIRCUITO SERIE R – L . S1 Arme en Circuit Maker el siguiente circuito R-L. R1 20k R3 8k .IC R5 40k + 0V A L 10mH Vi(t) + V1 40V R2 60k C1 0.25uF R4 160k + V1 -5/5V R 500 500 Hz Inicie la simulación y mida la constante de tiempo utilizando la grafica. Compare con los cálculos teóricos. Grafique la forma de onda. 1.b- Realice el montaje en Circuit Maker del circuito de conmutación la figura 1.b R3 6 R1 3 + V1 120v R2 30 Vc (t) para t > 0 io(t) para t > 0 Hallar la ecuación de Vc(t) para t < 0. ¿Indique las condiciones iniciales del circuito cuando el conmutador se mueve a la posición 2.? Determine la ecuación de Vc(t) para t > 0.? Hallar la ecuación de io(t) para t > 0. S1 L1 8mh R4 2 En este circuito el conmutador S1 esta cerrado durante un largo periodo de tiempo y se abre en t = 0 Nota : Utilice el comando IC para simular las condiciones iniciales del circuito. 2.- La energía inicialmente almacenada en el circuito de la figura 2 es cero. En t = 0, se aplica una fuente de corriente constante ¿Determine el valor inicial de i .? ¿Calcule la energía inicial almacenada en la bobina.? ¿ Cuál es la constante de tiempo? ¿ Cual es la ecuación de i(t) para t 0 ¿Qué porcentaje de la energía inicial almacenada se habrá disipado en la resistencia de 2 , 5 ms después de abrir el conmutador. 3 V2 75V CMD1 0A CMD2 0V .IC + .IC Is1 24mA S1 C1 25nF L1 25mH R1 a) Asigne las condiciones iniciales ( IC ) para la bobina y el capacitor. Abra el conmutador S1 b) Calcule teóricamente los valores de R1 para obtener respuestas subamortiguado , sobreamortiguado y críticamente amortiguado. c) Asigne el valor de R1 para cada respuesta y simule con circuit maker. ( ajuste la escala de tiempo en rango de 0 a 500 s. ) d) Utilice las graficas para calcular el tiempo que iL necesita para alcanzar el 90 % de su valor final. e) ¿Que tipo de respuesta seleccionaría para alcanzar el 90 % del valor final de la salida en el tiempo más corto posible? 4 UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA 2. ajuste el generador de funciones para una salida de y grafique la forma de onda Ac = 3Vpp .fc =600Hz VICERRECTORADO ACADEMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE ELÉCTRICA EXPERIENCIA 2. ESTUDIO DEL TRANSITORIO EN REDES ELECTRICAS 3. Ajuste los valores de R y C R = 1.1k C= 0,1 f 4. Arranque la simulación y mida la constante de tiempo y los valores iniciales de tensión y corriente PRELABORATORIO. 1. Defina los siguientes términos. Régimen Transitorio. Transitorio en redes de primer orden. Transitorio en redes de segundo orden. Constante de tiempo. Excitación externa Excitación interna Régimen permanente. 2. Dibuje el plano complejo y ubique las posibles raíces para un sistema de segundo orden. (RC) 3. Defina resistencia critica y las variaciones de la respuesta de una red de segundo orden (RLC) con una resistencia menor que la resistencia critica o mayor que la resistencia critica. SIMULACIÓN =________ I (inicial)=_________ V(inicial)=_________ MONTAJE EN EL PROTOBOARD =________ I (inicial)=_________ V(inicial)=_________ 5. Graficar la onda de salida del canal A y canal B, para cada caso. DESARROLLO 1. Monte el siguiente circuito en Circuit Maker y al finalizar la simulación monte el circuito en un protoboard. A Canal A R 1.1k V1 0/3V C 0.1uF Vc(t) 600 Hz B Canal B Donde Vc(t): Onda cuadrada de amplitud Ac y frecuencia fc tomada del generador de funciones. R: resistencia C: Condensador 6. Detenga la simulación y aumente la amplitud del generador, posteriormente inicie nuevamente la simulación y mida de nuevo la constante de tiempo. 7. SIMULACIÓN =________ MONTAJE EL PROTOBOARD =________ 8. Graficar la onda de salida del canal A y canal B, para cada caso 5 Conclusión = 10. Detenga la simulación y coloque R en 1,1k y varie la capacidad en los siguientes valores C= 0,1uf y 0,5uf respectivamente, manteniendo el valor de R= 1,1k 9. Detenga la simulación y coloque nuevamente la amplitud en su valor original y varie la resistencia en los siguientes valores Para cada valor mida los valores iniciales y finales tensión y mida la constante de tiempo. Haga un grafico de V(t) para cada caso utilizando la misma escala de tiempo. Grafique las curvas y concluya: SIMULACIÓN R= 600 y 1.8k respectivamente, manteniendo el valor de C = 0.1f Para cada valor mida los valores iniciales y finales de la corriente y mida la constante de tiempo. Haga un grafico de i(t) para cada caso utilizando la misma escala de tiempo. Concluya: SIMULACIÓN R: 600 =________ I(inicial)=_________ I(final)=_________ MONTAJE EN PROTOBOARD R: 600 =________ I(inicial)=_________ I(final)=_________ R: 1,8k =________ I(inicial)=_________ I(final)=_________ R: 1,8k =________ I(inicial)=_________ I(final)=_________ MONTAJE EN PROTOBOARD C= 0,1uf C= 0,1uf =________ =________ V(inicial)=________ V(inicial)=________ V(final)=_________ V(final)=_________ C=0,5uf =________ V(inicial)=________ _ V(final)=_________ C=0,5uf =________ V(inicial)=________ V(final)=_________ grafique Gráfico: Conclusión: Conclusión 11. Repita los pasos anteriores realizando el montaje del circuito en protoboard y anote los valores en la tabla correspondiente. Compare y concluya. 6 SEGUNDA PARTE 1. monte el siguiente circuito en el simulador de Circuit maker y al finalizar la simulación móntelo en el protoboard canal A A R1 com 6. dibuje la forma de onda i(t), utilizando en mismo espacio de tiempo que el caso sobre amortiguado. 7. Anote el valor de R critica y compárelo con el obtenido teóricamente: SIMULACIÓN Rc= Vc(t) -5/5V C .1F 250 Hz B MONTAJE PROTOBOARD Rc= EN Rc(teórico)=________________ Canal B L1 50 mH 2. Varíe R hasta obtener la condición de sobre amortiguado. 3. Dibuje las formas de onda de corriente i(t) y la tensión del condensador Vc(t). Utilice la misma escala de tiempo para las dos ondas Concusión: Conclusión:___________________________ 8. Varíe la amplitud de la onda cuadrada para cada caso y observe si varia el valor de Rc. Concluya. 9. Ajuste de nuevo Ac a su valor original y varíe el valor de R hasta obtener la condición subamortiguada. 10. Dibuje la forma de onda i(t), utilizando en mismo espacio de tiempo que el caso sobre amortiguado. 11. Determine los parámetros y y compárelos con los valores teóricos. SIMULACIÓN =_________ =__________ di ; constante de tiempo y dt 0 compare con los valores teóricos: 4. Mida i 0 /; MONTAJE PROTOBOARD =_________ =__________ EN Conclusión: Simulación=_____________ Protoboard =______________ Teorico=____________ 5. Varíe R hasta obtener la condición critica 7 12. Varíe la frecuencia de la señal cuadrada aplicada. ¿Qué sucede? Explique: 13. Justifique los resultados y concluya en relación a todos los casos. 3. que tipo de respuesta transitorio tiene la red RLC del siguiente circuito L 1mH R POST LABORATORIO 10 1. En el siguiente circuito dada la forma de onda de i(t), determine R1C y la ecuación de i( t ).VC (0 ) 0 . K se cierra en t = 0 V(t) + C 0.1f - k R1 1k V + 100V C 0.1uF 4. Si en la red de la pregunta anterior, , determine la v( t ) 10 2 sen1000t respuesta en régimen permanente de la tensión en el condensador (indique la polaridad de la red que usted seleccione) 5. En el siguiente circuito mostrado en la figura consiste en una resistencia y un rele de inductancia L. El relé está ajustado para operar sus contactos cuando la corriente a través de la bobina sea de 8mA. El interruptor k se cierra en t = 0 y se observa que el relé actúa cuando t= 0,1s. Hallar: a. La inductancia L de la bobina. b. La ecuación de i(t) con todos sus coeficientes evaluados. Figura 1. k 2. En la red de la figura 2, explique que pasa en cada caso con la constante de tiempo al ocurrir las siguientes variaciones a. “R” aumenta b. “C” disminuye c. La amplitud del generador de funciones aumenta o disminuye. R 10k V + 100V L Relex R V(t) + - C V(t): onda cuadrada Figura 2 8 6. El siguiente circuito corresponde al de un simple integrador . para un voltaje repetitivo de entrada e1 el voltaje de salida correspondiente es e2. Dibuje las formas de ondas exactas y los valores significativos para i(t) y e1(t) R 10M + - .e1 C 10uf e2 9 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIENCIA 3 POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR OBJETIVOS 1. Determinar la polaridad de los devanados del transformador. 2. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie aditiva. 3. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie substractiva. EXPOSICIÓN Cuando se energiza el devanado de un transformador por medio de una fuente de c-a, se establece un flujo magnético alterno en el núcleo del transformador. Este flujo alterno concatena las vueltas de cada devanado del transformador induciendo así voltajes de c-a en ellos. Estudie el circuito que se ilustra en la figura 40-1. puntos negros. Estos puntos negros, o “marcas de polaridad” señalan que en un instante dado, Cuando 1 es positivo con respecto a 2, 3 es positivo con respecto a 4, 6 es positivo con respecto a 5, 7 es positivo con respecto a 8, y 10 es positivo con respecto a 9. Conviene hacer notar que un a terminal no puede ser positiva por sí sola, sólo puede serlo con respecto a otra terminal. En consecuencia, en cualquier momento dado, las terminales 1,3,6,7 y 10 son todas positivas con respecto a las terminales 2,4,5,8 y 9. Cuando las baterías (o celdas) se conectan en serie para obtener un voltaje de salid, la terminal positiva de una de las baterías se debe conectar con la terminal negativa de la siguiente. Cuando se conectan en esta forma, los voltajes individuales se suman. De igual manera, si los devanados del transformador se conectan en serie para que su voltajes individuales se sumen o sean aditivos, la terminal con la “marca de polaridad” de un devanado se debe conectar a la terminal “no marcada” del otro devanado. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120V c-a, 0-120V c-d) Módulo de Medición de c-a (250/250/250V) Módulo de medición de c-d (20/200V) Módulo de transformador Cables de Conexión EMS 8821 EMS EMS EMS EMS 8426 8412 8341 8941 PROCEDIMIENTOS: por definición, un voltaje en c-a cambia continuamente su valor y su polaridad, por lo tanto, el voltaje aplicado al devanado primario (terminales 1 y 2) cambia constantemente la polaridad de la terminal 1 con respecto a la de la terminal 2. por consiguiente, el flujo magnético alterno induce voltajes de c-a en cada par de terminales. Las terminales de cada devanado también cambian de polaridad la una en relación a la otra. Cuando se habla de la “polaridad” de los devanados de un transformador, se trata de identificar todas las terminales que tienen la misma polaridad (positiva o negativa) en el mismo instante. Por lo común se utilizan marcas de polaridad para identificar estas terminales. Estas marcas pueden ser puntos negros, cruces, números, letras o cualquier otro signo que indique cuáles terminales tienen la misma polaridad. Por ejemplo, en la figura 40-1 se utilizaron Advertencia: ¡ En este experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡ No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡ La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. a) Conecte el medidor de 0-20V c-d a la salida variable en c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústatela lentamente a un voltaje de 10V c-d. c) Sin tocar la perilla de control del voltaje, desconecte la fuente de energía y desconecte el medidor. d) Conecte el circuito ilustrado en la figura 40-2 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación de c-d. Observe que el medidor de 200V c-d se conecta a las terminales 3 y 4. 10 c) Mida y anote los voltajes en las terminales siguientes: E 1 a 2 = __________________ V c-a E 5 a 6 = __________________ V c-a E 2 a 6 = __________________ V c-a e) Observe la deflexión de la aguja del voltímetro de c-d en el momento en que se cierra el interruptor de la fuente de alimentación. Si la aguja del voltímetro se desvía momentáneamente a la derecha, las terminales 1 y 3 tienen la misma marca de polaridad. (La terminal 1 se conecta al lado positivo de la fuente de alimentación en c-d, y la terminal 3 al polo positivo del voltímetro.) f) ¿Cuáles terminales son positivas en los devanados 1 a 2 y 3 a 4?________________ g) Desconecte el voltímetro de c-d del devanado 3 a 4, y conéctelo al devanado 5 a 6. Repita la operación (e). h) ¿Cuáles terminales son positivas en los devanados 1 a 2 y 5 a 6? ________________ i) Vuelva el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 2. En este procedimiento se conectarán en serie dos devanados de un transformador; al observar los efectos que esto produce, se apreciará la importancia de la polaridad. a) Conecte el circuito ilustrado en la Figura 40-3, utilizando el Módulo EMS de medición de c-a. Observe que la terminal 1 se conecta con la 5. d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Quite la conexión entre terminales 1 y 5. Conecte las terminales 1 y 6, y luego conecte el voltímetro a las terminales 2 y 5, como se indica en la figura 40-4. f) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 104V c-a. g) Mida y anote los voltajes en las siguientes terminales: E 1 a 2 = __________________ V c-a E 5 a 6= __________________ V c-a E 2 a 5 = __________________ V c-a Polaridad del Transformador b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 104V c-a (la mitad del voltaje nominal del devanado 3 a 4). h) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. i) Explique por qué el voltaje con dos devanados en serie es aproximadamente cero en un caso, y casi 120V c-a en el otro. 11 ____________________________________________ E 2 a 4 = __________________ V c-a ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. g) Quite la conexión entre las terminales 1 y 3 y conecte las terminales 1 y 4. h) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 104V c-a. Mida y anote el voltaje entre las terminales 2 y 3 y 1a 2. ____________________________________________ ____________________________________________ E 2 a 3 = __________________ V c-a E 1 a 2 = __________________ V c-a ____________________________ j) ¿Cuáles polaridad? terminales tienen la misma i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. j) ¿Coinciden los resultados de (e) y (h) con lo previsto en (c)? _________________ Amplíe Respuesta. ____________________________________________ ____________________________________________ 3. a) Estudie el circuito que aparece en la figura 40-5 Observe que el devanado 3 a 4 está conectado a una fuente de alimentación de 104V c-a ¡No conecte el circuito todavía! ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______________________________ k) ¿Cuáles polaridad? terminales tienen la misma ____________________________________________ ____________________________________ 40-4 b) ¿Cuál es el voltaje inducido en el devanado 1a 2? -------------------- V c-a c) Si el devanado 1 a 2 se conecta el serie con el devanado 3 a 4, ¿cuáles son los tres voltajes de salida que se pueden obtener?_________ V c-a __________ V c-a ___________ y V c-a. d) Conecte el circuito ilustrado en la figura 40-5 y conecte los devanados en serie, uniendo las terminales 1 y 3. e) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 104V c-a. Mida y anote el voltaje entre las terminales 2 y 4. PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Suponga que tiene una fuente de alimentación de 120V c-a y que todos los devanados del modulo de transformador desarrollan su voltaje nominal; a continuación, se dejaron espacios para que usted indique como conectaría los devanados para obtener los siguientes voltajes. a) 240 volts: 12 b) 88 volts: Polaridad del transformador c) 180 volts: d) 92 volts: 13 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO N° 4 REGULACION DEL TRANSFORMADOR el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variará con la carga debido a R y X. Cuando la carga es capacitiva, se presenta una características interesantes, ya que se establece una resonancia parcial entre la capacitancia y la reactancia X, de modo que el voltaje secundario E2, incluso tiende a aumentar conforme se incrementa el valor de la carga capacitiva. OBJETIVOS 1. Estudiar la regulación de voltaje del transformador con cargas variables. 2. Estudiar la regulación del transformador con cargas inductivas y capacitivas. EXPOSICION La carga de un transformador de potencia, en una subestación, usualmente varía desde un valor muy pequeño en las primeras horas de la mañana, hasta valores muy elevados durante los períodos de mayor actividad industrial y comercial. El voltaje secundario del transformador variará un poco con la carga y, puesto que los motores, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción so muy sensibles a los cambios en el voltaje, la regulación del transformador tiene una importancia vital. El voltaje secundario depende también de si el factor de potencia de la carga es adelantado, atrasado o es la unidad. Por lo tanto se debe conocer la forma e que el transformador se comportará cuando se le somete una carga capacitiva, inductiva o resistiva. Si el transformador fuera perfecto (ideal), sus devanados no tendrían ninguna resistencia. Es más, no requeriría ninguna potencia reactiva (vars) para establecer el campo magnético en su interior. Este transformador tendría una regulación perfecta en todas las condiciones de carga y el voltaje del secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia de devanado y requieren una potencia reactiva para producir sus campos magnéticos. En consecuencia, los devanados primarios y secundarios poseen una resistencia general R y una resistencia general X. El circuito equivalente de un transformador de potencia que tiene una relación de vueltas 1 a 1, se puede representar aproximadamente por medio del circuito que aparece en la fig. 41-1. Las terminales reales del transformador son P1 P2 en el lado del primario y S1 S2 en el secundario. Se supone que el transformador mostrado entre estas terminales, es un transformador perfecto (ideal) en serie el cual tiene una impedancia R y otras imperfecciones representadas por X. Es evidente que si FIGURA 41-1 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación (0-120V c-a) EMS 8821 Módulo de medición de c-a(250/250V)EMS8426 Módulo de medición de c-a (0.5/0.5A)EMS 8425 Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de inductancia EMS 8321 Módulo de capacitancia EMS 8331 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe conectarse después de hacer cada medición! FIGURA 41-2 14 1. Conecte el circuito ilustrado en la figura 41-2 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, resistencia y medición de C.A 2. a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a, tomando esta lectura en el voltímetro E1. c) Mida y anote en la tabla 4-1, la corriente de salida I2 y el voltaje de salida E2. d) Ajuste la resistencia de carga ZL a 1200 ohms. Cerciórese de que el voltaje de entrada se mantiene exactamente a 120V c-a. Mida y anote I1, I2 y E2. e) Repita el procedimiento (d) para cada valor indicado en la tabla 41-1. f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. ZL (ohms) I2 (mA c-a) E2 (V c-a) 4. a) Repita el procedimiento 2 utilizando módulos EMS 8321 de inductancia en un lugar de la carga de resistencia. b) Anote las mediciones obtenidas en la Tabla 4-2. ZL (ohms) I2 (mA c-a) E2 (V c-a) I1 (mA c-a) 1200 600 400 300 240 I1 (mA c-a) Tabla 4-2 5. a) Repita el procedimiento 2 utilizando el Módulo EMS 8331, de capacitancia, en su lugar de la carga de resistencia. b) Anote sus mediciones en la Tabla 4-3 1200 600 400 ZL (ohms) 300 240 I2 (mA c-a) E2 (V c-a) I1 (mA c-a) 1200 Tabla 4-1 3. a) Calcule la regulación del transformador utilizando los voltajes de salida en vacío y a plena carga anotados en la Tabla 4-1. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ _________________ = ___________ % b) ¿Son equivalentes el valor de VA del devanado primario y el del devanado secundario para cada valor de resistencia de carga indicado en la Tabla? ____________ Amplíe su respuesta. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ __________________________________ 600 400 300 240 Tabla 4-3 6. A continuación trazará la curva de regulación del voltaje de salida E2 en función de la corriente de salida I2 para cada tipo de carga del transformador. a) dibuje la Grafica Voltaje de Carga Vs Corriente de carga, marque los valores de E2 obtenidos para cada valor de I2 en la Tabla 4-1. b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados. Identifique esta curva como “carga resistiva”. c) Repita el procedimiento (a) para las cargas inductivas (Tabla 4-2) y la capacitiva (Tabla 4-3). En esta curva deberá escribir “carga inductiva” y “carga capacitiva”. 15 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Explique por qué el voltaje de salida aumenta cuando se utiliza una carga capacitiva. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ________________________ 2. Un transformador tiene una impedancia muy baja (R y X pequeña): a) ¿Qué efecto tiene esto en la regulación? ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ __________________________________ b) ¿Qué efecto tiene en la corriente de corto circuito? ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ __________________________________ 3. ¿Es aproximadamente igual el calentamiento de un transformador cuando la carga es resistiva, inductiva o capacitiva, para el mismo valor nominal de VA? _________ ¿Por qué? ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ _______________________________ 16 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO N° 5 EL AUTOTRANSFORMADOR OBJETIVOS 1. 2. Estudiar la relación de voltaje y corriente de un autotransformador. Aprender cómo se conecta un transformador estándar para que trabaje como autotransformador. Ep /Es =Np / Ns Por lo tanto, en la Figura 42-1 (a) Ep = NAab = NAab Es NAab + Nbac NAac y, en la Figura 42-1 (b): Ep = NAab+ Nbac = NAac Es NAab NAaB EXPOSICION Existe un tipo especial de transformador que solo tiene un devanado. Sin embargo, desde el punto de vista funcional, dicho devanado sirve a la vez corno primario y secundario. Esta clase de transformador se denomina autotransformador. Cuando se utiliza un autotransformador para elevar el voltaje, una parte del devanado actúa como primario y el devanado completo sirve de secundario. Cuando se usa un autotransformador para reducir el voltaje, todo el devanado actúa corno primario, y parte del devanado funciona como secundario. En las Figuras 42-1 (a) y 42-1 (b), se ilustran unos autotransformadores conectados para funcionar en tal forma que eleven o reduzcan el voltaje. La acción del autotransformador es básicamente la misma que la del transformador normal de dos devanados. La potencia se transfiere del primario al secundario por medio del campo magnético variable y el secundario, a su vez, regula la corriente del primario para establecer la condición requerida de igualdad de potencia en el primario y el secundario. La magnitud de la reducción o la multiplicación de voltaje depende de la relación existente entre el número de vueltas del primario y del secundario, contando cada devanado por separado, sin importar que algunas vueltas son comunes tanto al primario como al secundario. Los voltajes Y las corrientes de diversos devanados se pueden determinar mediante dos reglas sencillas. a) La potencia aparente del Primario (VA) es igual a la potencia aparente del Secundario(VA). (1) (VA)p = (VA)s (2) Ep Ip = Es Is b) El voltaje del primario (de fuente) y el del secundario (carga) son directamente proporcionales al número de vueltas N. Estas ecuaciones dependen de un hecho importante que los voltajes EAab y EAac se suman en el mismo sentido no se oponen entre si. Se ha supuesto que los voltajes están en fase. Por supuesto la corriente de carga no puede sobrepasar la capacidad nominal de corriente del devanado. Una vez que se conoce este dato es relativamente fácil calcular la carga VA que puede proporcionar un determinado autotransformador. Una desventaja del autotransformador es que no tiene aislamiento entre los circuitos del primario y el secundario, ya que ambos utilizan algunas vueltas en 17 común. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo del transformador Módulo de medición de ca (0.5/0.5A) Módulo de medición de ca (l00/250V) Módulo de resistencia Cables de conexión EMS 8341 EMS8425 EMS8426 EMS8311 EMS8941 PROCEDIM IENTOS Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1.- Se usa el circuito que aparece en la Figura 42-1 utilizando los Módulos EMS de transformador. fuente de alimentación, resistencia y medición de CA. Observe que el devanado 5 a 6 se conecta como el primario, a la fuente de alimentación de 120V c-a. La derivación central del devanado, terminal 9, se conecta a un lado de la carga, y la porción 6 a 9 del devanado primario se conecta como devanado secundario. 2. a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia, para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a según lo indique el voltímetro E1 (Este es el voltaje nominal para el devanado 5 a 6. 3. a) Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario. E1 __________xI1 __________= ________(VA)p E2 __________xI2 __________=_________(VA)s b) ¿Son aproximadamente iguales estas dos potencias aparentes? ____________ - Amplíe su respuesta. El auto transformador c) Ajuste la resistencia de carga RL a 120 d) Mida y anote las corrientes I1,I2 y el voltaje de salida E2. I1= _________ A c-a I2 = __________ A c-a E2=__________ V c-a e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e)¿Se trata de un auto transformador elevador reductor? 4-. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 42-3. Observe que el devanado 6 a 9 ahora esta conectado como devanado primario, a la fuente de 60V c-a mientras que el devanado 5 a 6 esta conectado como secundario. 18 c) ¿Se trata de un autotransformador elevador o reductor? PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Un transformador estándar tiene un valor nominal de 60kVA. Los voltajes del primario y del secundario tienen un valor nominal de 600 volts y 120 volts respectivamente. b) ¿Si el devanado primario se conecta a 600V que carga en KVA se puede conectar el devanado secundario? 5. a) Cerciórese de que todos los interruptores del Modulo de Resistencia estén abiertos de modo que se obtenga una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación ajústela exactamente a 60V c-a, según lo indique el voltímetro E1 (Este es el voltaje nominal del devanado 6 a 9 ) e) Ajuste la resistencia de carga R1 a 600ohms 2.- Si el transformador de la Pregunta 1 se conecta como autotransformador a 600V c-a: a) ¿Cuáles serán los voltajes de salida que pueden obtenerse utilizando diferentes conexiones? b) Calcule la carga en kVA que el transformador puede proporcionar para cada uno de los voltajes de salidas indicados. d) Mida y anote las corrientes I1, I2y el voltaje de salida E2 I1 = _________ I2 = __________ E2 =__________ A c-a A c-a V c-a e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 6. a) Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario. E1 ______ x11______ = ______(VA)p E2 _______ x12______ = _______(VA)s b) ¿Son aproximadamente iguales las dos potencias aparentes? ________ Amplíe su respuesta. 19 c) 3. Calcule las corrientes de los devanados para cada voltaje de salida e indique si exceden los valores nominales Si usa el Módulo EMS de transformador y la fuente fija de 120V c-a. Cual devanado usaría como primario y cuál como secundario, para obtener un voltaje de salida de: a) 148V c-a b) 328V c-a c) 224V c-a d) 300V c-a 20 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 6 CIRCUITOS TRIFASICOS Introducción: Un sistema polifásico está formado por dos o más tensiones iguales con diferencias de fase constantes que suministran energía a las cargas conectadas a las líneas. En un sistema de dos fases, o bifásicos, la diferencia de fase entre las tensiones es de 90 grados, mientras que en los trifásicos dicha diferencia es de 120. Los sistemas de seis o más fases se utilizan a veces en rectificadores polifásicos para obtener una tensión rectificada poco ondulada, pero los sistemas trifásicos son comúnmente utilizados para la generación y transmisión de la energía eléctrica. Las tensiones inducidas en las tres bobinas igualmente espaciadas presentan una diferencia de fase de 120 grados, una vez que la bobina A alcance un máximo le sigue la B y después la C; en este caso se le denomina secuencia ABC, en esta secuencia los fasores giran en sentido contrario a las agujas del reloj, tomando como referencia un punto fijo. La rotación de los fasores en sentido contrario daría lugar a la secuencia CBA. Dependiendo de las conexiones de los extremos de los inductores estos darán origen a una conexión delta o estrella Advertencia: Durante el desarrollo de este experimento se manejan altas tensiones!, Evite realizar conexiones cuando la fuente este conectada, la misma debe desconectarse después de hacer cada medición. Procedimientos: 1.- a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fig. 45-1, utilizando los módulos EMS de fuente de alimentación y medición de c-a. OBJETIVOS: 1.- Estudiar la relación entre el valor del voltaje y el de la corriente en circuitos trifásicos. 2.- Aprender cómo se hacen las conexiones en delta y estrella. 3.- Calcular la potencia en circuitos trifásicos. MATERIAL A UTILZAR DURANTE EL DESARROLLO DE LAS PRACTICAS: Módulo de punto de alimentación ( 120v/208v/3f ) EMS - 821 Módulo de medición de ca (250v/250v/250v) EMS - 8426 Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5A) EMS - 8425 Módulo de Resistencia EMS – 8311 Cables de Conexión EMS - 8941 b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a neutro exactamente a 120v c-a (según lo indique el voltímetro de la fuente de alimentación). c) Mida y anote cada voltaje de línea a línea. E = _____________ V c-a E = ______________ V c-a E = ______________ V c-a d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 21 e) Calcule el valor medio del voltaje de línea a línea 4.- a) Repita los procedimientos 1 y 2; pero en esta ocasión mida los voltajes desde las terminales de salida fija de la fuente de alimentación. ____________________________________________ _________________________________________ E 1 a 2= ______ V c-a E 1 a N = _____ V c-a ________________________________________ E E 2 a 3 = _____V c-a E 2 a N = ______ V c-a línea a línea = _______ V c-a E 1 a 3 = _____V c-a E 3 a N = _____ V c-a 2.- a) Vuelva a conectar los tres voltímetros con el fin de medir el voltaje de cada línea al neutro. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de línea a neutro exactamente a 102v c-a (según lo indique el voltímetro de la fuente de alimentación). c) Mida y anote cada voltaje de línea al neutro. E 4 a N ___________________ V c-a b) Son más o menos iguales los voltajes fijos de línea a línea y de línea a neutro? _______________________. c) Es monofásico o trifásico el voltaje entre los terminales cualesquiera? _______________________________________ E 5 a N ___________________ V c-a E 6 a N ___________________ V c-a d) Vuelva el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule el valor medio del voltaje de línea al neutro. 5.- a) Conecte el circuito en Estrella como se ilustra en la Fig. 45-2, usando los módulos EMS de resistencia y Medición de c-a. Utilice secciones de resistencia sencillas para las cargas R1, R2, R3. No conecte el neutro del módulo de resistencias al neutro de la fuente de alimentación. ____________________________________________ ____________________________________________ ___________________________________ E línea a neutro = ____________ V c-a 3.- a) Calcule la relación entre el valor medio del voltaje de línea a línea y el valor medio del voltaje de línea a neutro. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ________ E línea a línea / E línea al neutro = __________ b) Considere esta relación y diga y diga y es aproximadamente igual a la raíz cuadrada de tres (1.73). b) Ajuste cada sección de resistencia a 400 ohms. 22 c) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208 V c-a. Pt = _______________ W d) Mida y anote los voltajes y las corrientes que pasan por las tres resistencias de carga R1, R2 y R3. E1 = ______ V c-a I1 = _____ A c-a E2 = ______ V c-a I2 = _____ A c-a E3 = ______ V c-a I3 = _____ A c-a e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Están, más o menos, bien balanceadas las corrientes y los voltajes? _____________. g) Calcule el valor medio del voltaje de carga. ____________________________________________ 6.- a) Conecte el circuito en Delta, ilustrado en la figura anterior Fig.45-3. b) Ajuste cada sección de resistencias a 400 ohms. ____________________________________________ ____________________________________________ c) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 120 v c-a, línea a línea. ____________________________________________ __________ d) Mida y anote los voltajes y las corrientes de las tres resistencias de carga R1, R2 y R3. _____________ Ecarga = ___________ V c-a. h) Cuál es el valor medio del voltaje de línea a línea? ( De acuerdo con el procedimiento 1 “e””. E1 = ______ V c-a I1 = _____ A c-a E2 = ______ V c-a I2 = _____ A c-a E3 = ______ V c-a 3 = _____ A c-a E línea a línea/ Ecarga = ____________ V c-a. i) Calcule la relación entre el valor medio del voltaje de línea a línea y el valor medio del voltaje de carga. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Están más o menos bien balanceados los voltajes y las corrientes? _________. E línea a línea / E carga = ____________ V c-a j) Es ésta una relación aproximadamente igual a la raíz cuadrada de tres (1,73). g) Calcule el valor medio de la corriente de carga: ____________________________________________ k) Calcule la potencia disipada por cada resistencia de carga. ____________________________________________ ____________________________________________ P1 = ________________ W ______________________________________ I línea P2 = ________________ W = __________ A c-a P3 = ________________ W l) Calcule la potencia trifásica total Pt . 23 2.- En un circuito conectado en delta, la corriente es de 20 Amper en cada resistencia de carga. Cuál es la corriente de línea?. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ __________ 3.- En un circuito conectado en estrella, la corriente es de 10 amp en cada resistencia de carga, Cuál es la corriente de línea?. ____________________________________________ m) Calcule la relación que hay entre el valor medio de la corriente de línea y el valor de la corriente de carga. I línea/ I carga = _________________ n) Es ésta una relación aproximadamente igual a la raíz de tres (1.73) o) Calcule la potencia que disipa cada resistencia de carga. ____________________________________________ ____________________________________________ _________ 4.- Tres cargas con una resistencia de 10 ohms cada una, se conectan en estrella. La potencia trifásica total es de 3000 watts, Cuál es el voltaje de línea a línea de la fuente de alimentación?. ____________________________________________ ____________________________________________ P1 = ______________ W P2 = ______________ W P3 = ______________ W p) Calcule la potencia trifásica total Pt Pt = ___________ W. ____________________________________________ ______ 5.- Se conectan tres resistencias de 11 ohms en delta a una línea trifásica de 440 v. a) Cuál es la corriente de línea? b) Cuál es la potencia trifásica total? ____________________________________________ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS: ____________________________________________ 1.- En un circuito conectado en estrella, si el voltaje de línea a línea es de 346 v, Cuál es el voltaje de línea a neutro?. ___________________________________. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ___________ 24 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 7 WATTS, VARS Y VOLTAMPERES TRIFASICOS c) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-d. d) Mida y anote los voltajes y las corrientes de las tres cargas inductivas L1, L2 y L3. OBJETIVOS 1. Determinar la potencia aparente, real y reactiva de los circuitos trifásicos. 2. Aprender a calcular el factor de potencia en circuitos trifásicos E1= _______ V c-d I1= ________A c-d E2= ________ V c-d I2= ________ A c-d E3= ________ V c-d I3= _________ A c-d EXPOSICION En el Experimento de laboratorio Nº 45, se calculó la potencia real de un circuito trifásico. A continuación se vera que la potencia reactiva (ya sea capacitiva o inductiva) también se puede calcular en forma análoga. Por consiguiente, la potencia aparente y el factor de potencia también se pueden calcular en el caso de circuitos trifásicos balanceados. INSTRUMENTO Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V/3ø) Módulo de medición de c-a (250/250/250V) Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5V) Módulo de resistencia Módulo de inductancia Cables de conexión EMS 8821 EMS 8426 EMS EMS EMS EMS 8425 8311 8321 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No hagan ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. a) Use módulos EMS de inductancia, fuente de alimentación y medición de c-a, para conectar el circuito ESTRELLA que se ilustra en la figura 46-1. Use una sección sencilla de inductancia para cada una de las cargas L1, L2 y L3. No conecte el neutro del modulo de inductancia al neutro de la fuente de alimentación b) Ajuste cada sección de inductancia a una reactancia a 300 ohms. Figura 46-1 e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) ¿Están más o menos bien balaceados los voltajes y las corrientes? _____________________ g) ¿Cuál es el valor medio de la corriente de línea? __________________________________________ ________________Ilinea= ________________A c-d h) ¿Cuál es el valor del voltaje de línea a línea? Elinea a linea=__________________ V c-d i) Calcule la potencia reactiva de cada una de las cargas inductivas. E1 x I1 = _________________________var (L1 ) E2 x I2 =___________________________var (L2) E3 x I3 = __________________________var (L3 ) 25 j) Calcule la potencia reactiva total trifásica, usando la suna de (i). varL1 + varL2 + varL3 = ____________________var k) Calcule la potencia reactiva total trifásica, utilizándolos valores de línea tomados de (g) y (h). Elinea a llnea x Ilinea x 1.73 = ___________ var l) ¿Coincide la potencia reactiva total encontrada en (j) con la potencia total encontrada en (k) ? 2. a) Use las secciones individuales del Módulo EMS de Resistencia para agregar una resistencia en serie con cada una de las cargas inductivas, como se indica en la figura 46-2. No conecte el neutro del Módulo de resistencia con el neutro de la fuente de alimentación. b) ajuste la sección de resistencia a 400 ohms, cuidando que cada sección de inductancia se mantenga a una reactancia de 300 ohms. c) conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-d. Figura 46-3 f) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-d. g) Mida y anote el voltaje aplicado a cada carga resistiva R1, R2 y R3. E4= ___________ V c-d E5 = ___________ V c-d d) mida y anote las corrientes de línea y los voltajes aplicados a cada una de las cargas inductivas, L1.L2, L3. E6 = ___________ V c-d h) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. i) Calcule la potencia real total disipada en las tres resistencias, utilizando los resultados de (d) y (g). E4_________x I1_________ = _______________W E5_________x I2 _________ = ______________W E6 _________ x I3 ________ = _______________W Total de potencia trifásica real = ____________ W j) Calcule la potencia reactiva total en los tres inductores, utilizando los resultados de (d). Figura 46-2 e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Vuelva a conectar cada uno de los voltímetros, como se indica en la Figura 46-3. E1_________x I1________ = _______________ var E2 _________x I2________= _______________ var E3 _________x I3________ = ______________ var 26 Total de potencia reactiva trifásica: ________ var k) calcule el total de la potencia aparente trifásica utilizando los resultados de (i) y (j). c) Calcule la potencia reactiva. (W_______)2 + (var______)2 = ___________ (VA)2 __________________________________________ Total de potencia aparente trifásica 3ø = ______VA __________________________________________ l) Calcule la potencia aparente trifásica total, mediante la formula: __________________________________________ Elinea a linea x Ilinea x 1.73 = _____________ VA _________________=_____________________var m) ¿Concuerdan bastante bien el valor de la potencia aparente total encontrado en (k), con el total determinado en (l) ? ____________________ 2. Un transformador trifásico entrega 120kVA el voltaje de línea a línea. n) Calcule el factor de potencia utilizando las potencias totales real y aparente trifásica: a) calcule la potencia por línea: W__________/ VA ______________ = _________ ____________________________________________ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS ____________________________________________ ____________________________________________ 1. Un motor trifásico toma una corriente de 10 amperes en una línea de 440 volts, siendo su factor de potencia del 80 por ciento. a) Calcule la potencia aparente: ____________________________________________ ____________________________________________ _______=_____________________A __________________________________________ __________________________________________ __________________=____________________VA b) Calcule la potencia real. __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ ______________=________________________W 27 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 8 MEDICIÓN DE LA POTENCIA TRIFÁSICA figura 47-3 Las dos bobinas de voltaje se conectan a la línea restante. Obsérvese que no se hace ninguna conexión al hilo neutro. La potencia trifásica total es igual a la suma algebraica de la lectura de loa dos vatímetros. OBJETIVOS 1. Medir potencia de un circuito trifásico, utilizando el método de los dos vatímetros. 2. 2. Determinar la potencia activa o reactiva, así como el factor de potencia de un sistema trifásico. EXPOSICIÓN El vatímetro, usado para medir potencia, es un instrumento cuyo diseño se parece al del electro dinamómetro. Este medidor tiene casi siempre dos bobinas, una fija y la otra que puede girar dentro del campo magnético de la primera. El devanado fijo se conecta en serie con la línea de tal manera que lleve corriente con la línea . La bobina móvil que tiene una resistencia alta, se conecta a través de la carga (esa porción del circuito en la que la potencia se debe medir). Por lo tanto, la pequeña corriente de la bobina es proporcional al voltaje entre estas dos terminales. Esta bobina al girar vence la acción de un soporte helicoidal, y, puesto que el par es proporcional al producto de los valores de las corrientes delas dos bobinas, también es proporcional al producto de la corriente I y el voltaje E. En consecuencia, la escala se puede grabar directamente en watts. Estudie la figura 47-1. La bobina móvil de voltaje V se conecta a través de la carga. La defección resultante es directamente proporcional a la potencia real entregada de la carga. Para cargas balanceadas a un factor de potencia igual a I, las indicaciones de los dos vatímetros serán idénticas. Cuando el factor de potencia de la carga es 50 por ciento, un indicador indicara cero y el otro indicara la potencia trifásica total. Para factores de potencia intermedios entre 50 y 100 por ciento, un indicador indicara una potencia mayor que la del otro. Para factores de potencia inferiores al 5 por ciento, la indicación de uno de los medidores será negativa y el total de la potencia trifásica será la que indique un medidor menos la potencia negativa que indica el otro. A un factor de potencia igual a cero, los vatímetros indicaran valores idénticos pero de signos contrarios, dando en total de potencia cero. Por consiguiente, existe una relación específica entre las indicaciones de los medidores para cada valor del factor de potencia del circuito. El Modulo EMS de vatímetro trifásico 8441, se compone de dos vatímetros y tiene una conexión tal que solo se requiere conectar las líneas trifásicas los terminales de entrada 1, 2 y 3. La carga se conecta a los terminales de salida 4, 5 y 6. Los interruptores con marcas de polaridad indican si las facturas dadas por el medidor son positivas o negativas. Si se desea medir la potencia suministrada por un sistema trifásico de cuatro hilos, simplemente se usa tres vatímetros monofásicos conectados en la forma que se encuentra en la figura 47-2, y se suman las tres lecturas No obstante, cuando el sistema es trifásico y de tres hilos o conductores, solo se utilizan dos vatímetros monofásicos para medir la potencia vea 28 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS Modulo de fuente de alimentación (0-120 / 208 V) EMS 8821 Modulo de vatímetro trifásico EMS 8441 Modulo de medición de c.a (250 /250 /250 V) EMS 8426 Modulo de medición de c.a (0.5 /0.5 /0.5 A) EMS 8425 Modulo de resistencia EMS 8311 Modulo d inductancia EMS 8321 Modulo de capacitan cía EMS 8331 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡ En Este experimento de laboratorio se manejan altos valores! ¡ No haga ninguna conexión cuando la fuente esta conectada! ¡La fuente debe desconectarse depuse de hacer cada conexión! 1.- Conecte el circuito ilustrado en la figura 47-4 utilizando los Módulos EMS de vatímetro trifásico, fuente de alimentación, resistencia y medición de c,a Potencia aparente ( E1 x I1 x 1.73) ________ ______________________= _________VA Potencia real__________________________ ______________________= ___________W Factor de potencia______________________ ______________________= _____________ b) ¿Es cercano a la unidad el valor del factor de potencia?_____________________ Amplié su respuesta ____________________________________________ ____________________________________________ _____________________________________ 4.- a) Sustituya el modulo de resistencia con el de capacitan cía. b) Ajuste la reactancia de cada sección a 300 ohms. c) Repita el procedimiento 2. I1= ___________ A c.a. P1= ___________ W P2= ___________ W P1 + P2= ___________ W 2.- a) Ajuste la resistencia de cada sección de 300 ohms. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje de la línea a 208V c.a, según lo indique el voltímetro V. c) Mida y anote la corriente de línea I1 y la potencia indicada por W1 y W2. I1= ____________ A c.a, P1= ____________W P2=____________W d) De acuerdo con los resultados de ( c ) calcule los siguientes valores trifásicos: Potencia aparente: ____________________________________________ _______________= _______________VA . Potencia real ____________________________________________ ____________________________________________ _________________= ________________W d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 3.- De acuerdo con los resultados obtenidos en (c) calcule lo valores trifásicos de: Factor de potencia ____________________________= ___________ 29 Potencia aparente ____________________________________________ ____________________________________________ __________________= _____________var. 5.- a) Reemplace el modelo de capacitan cía con el de la industria. b) Ajuste la reactancia de cada sección a 300 ohms. c) Repita el procedimiento 2. I1= ___________ A c.a. P1= ___________ W P2= ___________ W P1 + P2= ___________ W ____________________________________________ ___________________ 3.- ¿Bastaría con un solo vatímetro para medir la potencia trifásica total en un sistema trifásico balanceado de cuatro hilos? _____________________________________ Explique por qué: ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ _ 4.- ¿ Es necesario utilizar do wattimetros para medir la d) De acuerdo con los resultados obtenidos en (c), calcule los siguientes valores trifásicos. ______________________________________ ____________________= _____________VA Potencia real ___________________________ ______________________________________ ____________________= ______________W potencia trifásica total en un sistema balanceado de tres conductores ? __________ Explique porqué: ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ Factor de potencia ______________________ ______________________________________ ____________________= ________________ Potencia reactiva ________________________ ______________________________________ ____________________= _____________var _ 5.- ¿Puede indicar cero un vatímetro que tiene una corriente que pasa por su bobina de corriente y un potencial en su bobina de voltaje ? _____________________________ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS Amplié su respuesta: 1.- Si se usan dos vatímetros para medir la potencia total en un sistema trifásico de tres conductores, ¿ mide una potencia monofásica cada medidor ? Explíquelo ____________________________________________ ____________________________________________ __________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ___________________________________________ 2.- ¿Qué significa la indicación negativa de un vatímetro ? ____________________________________________ ____________________________________________ 30 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 48 CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS OBJETIVOS 1. Conectar transformadores en delta y estrella. 2. Estudiar las relaciones de corriente y voltaje. EXPOSICIÓN El transformador trifásico puede ser un solo transformador o bien, tres transformadores monofásicos in-dependientes conectados en delta o en estrella. En algunas ocasiones sólo se usan dos transformadores. El voltaje trifásico de las líneas de potencia, generalmente, es de 208 volts, y los valores normales de voltaje monofásico (120V) se pueden obtener, en la forma que se indica en la Figura 48-1. Los devanados a, b y c, representan los tres secundarios del transformador conectados en estrella. Las líneas trifásicas se identifican con las letras A, B y C,y las conexiones monofásicas van de A, B o C al neutro (tierra). Los transformadores trifásicos deben conectarse correctamente a las líneas, para que funcionen de modo adecuado. Los cuatro tipos de conexión más usados son los siguientes: (véase la Figura 48-2). a) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en delta, o bien, delta-delta (Δ-Δ). b) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en estrella, o bien, estrella-estrella (Y-Y) e) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en delta, o bien, estrella-delta (Y- Δ) FIGURA 48-1 31 Para determinar las relaciones de fase apropiadas en un secundario conectado en delta, el voltaje se mide en los dos devanados, como se ilustra en la Figura 48-4 (a). El voltaje A a C de cualquiera de los devanados. Si no es así, uno de los devanados se debe invertir. Entonces el devanado c se conecta como se indica en la Figura 48-4 (b), y el voltaje a través de los tres devanados C1 a C, debe ser igual a cero. De no ser así, el devanado c se debe invertir. Las terminales abiertas (Cl y C) se conectan entonces y el transformador tiene las relaciones de fase adecuadas para una conexión en delta, como se indica en la Figura 48-4 (c). FIGURA 48-2 Advertencia: La delta nunca debe cerrarse antes de comprobar que el voltaje dentro de ella es cero. Si no es así, y la delta se cierra, la corriente resultante tendrá la magnitud de un corto circuito y dañara el transformador. d) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en estrella, o bien, delta-estrella (Δ -Y) De estas cuatro combinaciones, la que se utiliza con mayor frecuencia es la última, la delta-estrella. Sea cual fuere el método de conexión utilizado, los devanados deben conectarse en tal forma que tengan las debidas relaciones de fase. Para determinarlas en un secundario conectado en estrella, el voltaje se mide a través de dos devanados, como se indica en la Figura 48-3 (a). El voltaje A á B debe ser igual a √3 veces el voltaje que haya a través de cualquiera de los devanados. Si el voltaje A a B es igual al de cualquiera de los devanados, uno de estos devanados debe invertirse. El tercer devanado, C, se conecta entonces como se señala en la Figura 48-3 (b), y el voltaje C a A ó B, también debe ser igual a √3 veces el voltaje de cualquiera de los devanados. Si no es así, habrá que invertir el devanado c. FIGURA 48 - 3 FIGURA 48-4 Con una conexión estrella-estrella la relación de vueltas entre el devanado primario y el secundario es la misma que la que se tiene en un transformador monofásico independiente. El voltaje de salida de la conexión delta-delta depende también de la relación de vueltas entre los devanados primario y secundario. La conexión delta-estrella tiene una relación más elevada de voltaje trifásico que cualquiera de las otras conexiones, la delta-delta o la estrella-estrella. Esto se debe a que el voltaje entre dos devanados cualquiera del secundario en estrella, es igual a √3 veces el voltaje de línea a neutro en ellos. La conexión estrella-delta es la opuesta a la conexión delta-estrella. 32 INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V 3Ø) Módulo de medición de c-a (250/250/250V) Módulos de transformador (3) Cables de conexión E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V EMS 8821 EMS 8426 f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los voltajes indicados. EMS8341 EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. a) El circuito que aparece en la Figura 48-5 tiene tres transformadores conectados en una configuración ______________________________. b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V FIGURA 48-5 e) Conecte el circuito tal y como se indica. 2. a) El circuito que aparece en la Figura 48-6 tiene tres transformadores conectados en una configuración ______________________________. e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a línea de 120V c-a. b) Calcule los valores de voltaje esperados y anótelos en los espacios correspondientes. VALORES MEDIDOS VALORES CALCULADOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V 33 E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V c) Conecte el circuito tal y como se ilustra. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta un voltaje de línea a línea de 90V c-a. e) Mida los voltajes señalados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES MEDIDOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V FIGURA 48-6 E4= _____V, E5 =____V, E6_______V 3. a) El circuito que se ilustra en la Figura 48-7 tiene tres transformadores conectados en la configuración _______________________________ E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los voltajes indicados. b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V 34 g) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta alcanzar un voltaje de línea a línea de 120V c-a. h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en el espacio correspondiente. VALORES MEDIDOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4=______V, E5=_____V, E6_______V E7=_____V, E8=______V, E9_______V i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (g),(h) e (i), hasta que se hayan medido los voltajes indicados. 4. a) El circuito que aparece en la Figura 48-8 tiene tres transformadores conectados en una configuración b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS FIGURA 48 -7 E1=_____V, E2=_____V, E3_______V c) Conecte el circuito tal y como se indica. Abra el secundario conectado en delta en el punto "A" y conecte un voltímetro al circuito abierto. E4= ____V, E5=_____V, E6_______V d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro conectado a la delta abierta, en el punto "A" no debe indicar ningún voltaje apreciable si las conexiones en la fase debida. Se tendrá un pequeño voltaje ya que, normalmente, no todos los voltajes trifásicos de una fuente trifásica son idénticos y, también, habrá pequeñas diferencias en los tres transformadores. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Desconecte el voltímetro y cierre el circuito en delta en el punto "A". c) Conecte el circuito como se indica. Abra el secundario conectando en delta en el punto "A" y conecte el voltímetro a través de la delta abierta. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro conectado a la delta abierta, en el punto "A", no indicará ningún voltaje apreciable si las conexiones en delta tienen la fase debida. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Desconecte el voltímetro y cierre el circuito de la delta en el punto "A". 35 g) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta obtener un voltaje de línea a línea de 20V c-a. h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS 5. a) El circuito de la Figura 48-9 tiene dos transformadores conectados en una configuración delta abierta. b ) Calcule los Voltajes y anote los valores en los espacios correspondientes. E1=_____V, E2=_____V, E3_______V VALORES CALCULADOS E4= ____V, E5=_____V, E6_______V E1= ____V, E2=_____V, E3_______V i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de .alimentación. Repita los procedimientos (g),(h) e (i), hasta que haya medido todos los voltajes señalados. E4= _____V, E5=____V, E6_______V FIGURA 48 – 8 c) Conecte el circuito tal y como se indica. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente hasta tener un voltaje de línea a línea de 120V c-a. e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES MEDIDOS E1= ____V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5=____V, E6_______V f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d),(e) y (f), hasta que se hayan medido todos los voltajes indicados. 36 puede obtener en configuraciones? cada una de las cinco A) estrella – estrella: ______________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA B) estrella-delta : _________________ ____________________________________________ ____________________________________________ FIGURA 48 – 9 ____________________________________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA PRUEBA DE CONOCIMIENTOS C) Delta – estrella: _______________ 1. Compare los resultados de los Procedimientos 4 y 5. a) ¿ hay una diferencia de voltaje entre la ____________________________________________ figuración delta – delta y la configuración delta abierta. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ b) ¿se tiene el mismo valor nominal de VA en la configuración delta – delta y en la configuración delta ______ =________________kVA D) delta- delta : __________________ abierta? _________ ¿Por qué?________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______________ ____________________________________________ ______ =________________kVA c) Si se aumentaran los valores de corriente nominal de cada devanado, ¿podrían obtenerse tan buenos resultados con la configuración de delta abierta, como se tienen con la configuración de delta –delta? _______________________ Explique ¿Por qué? ________________ E) delta abierta:__________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA ____________________________________________ ____________________________________________ 3. Si una de las polaridades del devanado secundario ____________________________ se invirtiera, en el Procedimiento 1: 2. Si cada transformador tiene una capacidad de 60kVA. ¿Cuál es el total de la potencia trifásica que se A) ¿Se tendría un cortocircuito directo?___________________________ 37 B) ¿ Se calentaría el transformador? __________________________________ C) ¿Se desbalancearían los voltajes del primario? _______________________ D) ¿ Se desbalancearían los voltajes secundarios? _______________________ 4. Si se invirtiera una de las polaridades del devanado secundario del procedimiento 4: A) ¿Se produciría un cortocircuito directo? ___________________________ B) ¿ Se calentaría el transformador? __________________________________ C) ¿Se desbalancearían los voltajes del primario? _______________________ E) ¿ Se desbalancearían los voltajes secundarios? _______________________ 38 UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA LABORATORIO DE REDES II EXPERIENCIA #10 SISTEMAS TRIFÁSICOS SISTEMA TRIFASICO –CONEXIÓN ESTRELLA ( CARGAS EQUILIBRADAS CAPACITIVAS ) 1.- Arme el circuito de la figura 1 en Circuit Maker( carga equilibrada capacitiva ) V1 -120/120V R1 17.32 C1 265.258uF 60 Hz V2 -120/120V 60 Hz V3 -120/120V R3 C2 17.32 R4 0.001 265.258uF C3 R2 17.32 265.258uF 60 Hz 2.- Asigne a la fuente V1 un retardo ( Start Delay ) de 0 ms ; V2 ....... 5.555 ms equivalente a 120 de fase y a V3 .............11.111 ms equivalente a 240 de fase. 3.- Simule el circuito y obtenga la grafica de voltajes de fase V1 , V2 , y V3 y verifique si están desfasados en 120. A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 125.0 V 75.00 V 25.00 V -25.00 V -75.00 V -125.0 V 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 4.-A continuación seleccione con el mouse la ventana ‘ Wave ’ y seleccione la operación ‘ Math ‘ . Realice la operación resta V1 – V2 y presione aceptar. De esta manera obtendrá la tensión de línea 39 A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 v1_1-v2_1 250.0 150.0 50.00 -50.00 -150.0 -250.0 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms El valor de voltaje de línea es V1 – V2 = 5.- Realice teóricamente el diagrama fasorial de voltajes de fase y voltaje de línea 6.- Calcule teóricamente el valor de las corrientes de fase y haga el diagrama fasorial. Obtenga el grafico en Circuit Maker de corrientes de fase y compare con sus cálculos teóricos. A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i] 7.500 A 2.500 A -2.500 A -7.500 A 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 7.- A continuación calcule teóricamente la Potencia Activa y Potencia Reactiva en la carga. Obtenga el grafico de potencia con Circuit maker.¿ Compare los resultados? 40 GRAFICO DE POTENCIA ACTIVA A: r1[p] B: r3[p] C: r2[p] 800.0 W 600.0 W 400.0 W 200.0 W 0.000 W 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms GRAFICO DE POTENCIA REACTIVA A: c1[p] B: c2[p] C: c3[p] 250.0 W 150.0 W 50.00 W -50.00 W -150.0 W -250.0 W 0.000ms 10.00ms 8.- Arme el circuito de la figura 2 ( carga equilibrada inductiva ) y repita todos los pasos anteriores. V1 -120/120V 60 Hz R1 3.5355 V2 -120/120V L2 9.378mH R3 3.5355 60 Hz V3 -120/120V L3 9.378mH 3.5355 R2 9.378mH L1 R4 0.001 60 Hz 9.- Calcule la corriente en el neutro . Verifique si cumple con la Ley de Nodos 10.- Arme el circuito de la figura 3 ( carga equilibrada conexión en triangulo) 41 V1 -120/120V R4 0.001 R1 1k C1 1uF 60 Hz V2 -120/120V R5 0.001 V3 -120/120V 60 Hz R2 1k C3 1uF R3 1k C2 1uF 60 Hz R6 0.001 11.- Seleccione los ángulos de desfasaje de 120 en cada generador de señales V1 = 120V 0 ; V2 = 120 V 120 ; V3 = 120V 240 empleando el mismo procedimiento de los casos anteriores. 12.- Grafique las tensiones de fase y de línea y anote los resultados : 125.0 V A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 75.00 V 25.00 V -25.00 V -75.00 V -125.0 V 0.000ms 0.000ms 20.00ms 20.00ms 40.00ms 40.00ms 60.00ms 60.00ms 80.00ms 80.00ms v1_1-v2_1 250.0 v2_1-v3_1 -250.0 250.0 v3_1-v1_1 -250.0 250.0 -250.0 42 13.- Grafique las corrientes de fase y de línea : A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i] 75.00mA 25.00mA -25.00mA -75.00mA 0.000ms A: r4[i] B: r5[i] C: r6[i] 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 150.0mA 50.00mA -50.00mA -150.0mA 0.000ms 14.- Haga el diagrama fasorial de tensión y de corriente 15.- Calcule teóricamente las corrientes de fase y de línea . Compare los resultados con la gráfica en Circuit Maker. 16.- Grafique la Potencia Activa y Reactiva en la carga: A: r1[p] B: r3[p] C: r2[p] 6.000 W 4.000 W 2.000 W 0.000 W 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 43 A: c1[p] B: c2[p] C: c3[p] 7.500 W 2.500 W -2.500 W -7.500 W 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 17.-Calcule las Potencias teóricamente y compare resultados SISTEMA TRIFÁSICO – CONEXIÓN ESTRELLA -- ( CARGAS EQUILIBRADAS INDUCTIVAS) . V1 -120/120V 60 Hz R1 3.5355 V2 -120/120V L2 9.378mH 60 Hz V3 -120/120V R3 3.5355 L3 9.378mH 3.5355 R2 3.678mH L1 60 Hz 44 VOLTAJE DE FASE A NEUTRO A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 125.0 V 75.00 V 25.00 V -25.00 V -75.00 V -125.0 V 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms VOLTAJE DE LINEA A LINEA A: v1_1 B: v2_1 v1_1-v2_1 250.0 150.0 50.00 -50.00 -150.0 -250.0 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms V1 -120/120V 60 Hz R1 3.5355 V2 -120/120V L2 9.378mH 60 Hz V3 -120/120V R3 3.5355 L3 9.378mH 3.5355 R2 9.378mH L1 R4 0.001 60 Hz 45 CORRIENTE DE LINEA A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i] 30.00 A 20.00 A 10.00 A 0.000 A -10.00 A -20.00 A -30.00 A 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms POTENCIA ACTIVA A: r1[p] 2.500kW 2.000kW 1.500kW 1.000kW 0.500kW 0.000kW 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms POTENCIA REACTIVA A: l2[p] 1.250kW 0.750kW 0.250kW -0.250kW -0.750kW -1.250kW 0.000ms 46 CIRCUITO TRIFÁSICO – CARGAS DESEQUILIBRADAS 1.- Arme en circuit maker el circuito de la figura 3 : V1 -120/120V 60 Hz R1 3.5355 V2 -120/120V L2 9.378mH 60 Hz V3 -120/120V 20 R3 3.5355 R2 L3 9.378mH L1 30mH R4 0.001 60 Hz 2.- Grafique con circuit maker la forma de onda de la corriente de fase y el neutro. Anote los valores correspondientes : IA = IB = IC = IN = 3.- Elabore el diagrama fasorial de este circuito y calcule teóricamente los valores de la corriente de fase y el neutro GRAFICA DE LAS CORRIENTES DE FASE Y NEUTRO : V1 -120/120V A 60 Hz R1 3.5355 V2 -120/120V L2 9.378mH B 60 Hz V3 -120/120V R3 3.5355 L3 9.378mH 20 C 30mH R2 L1 R4 0.001 D 60 Hz 47 A: r1[i] B: r3[i] C: r2[i] D: r4[i] 30.00 A 10.00 A -10.00 A -30.00 A 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 4.- Calcule el Angulo de desfasaje entre las corrientes de línea ¿ Están desfasadas 120 ? GRAFICA DE POTENCIA ACTIVA . V1 -120/120V A R1 3.5355 60 Hz V2 -120/120V 60 Hz V3 -120/120V L2 9.378mH R3 B 3.5355 20 C R2 L3 9.378mH 30mH L1 R4 0.001 60 Hz 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms A: r1[p] 2.500kW B: r3[p] 0.000kW 2.500kW C: r2[p] 0.000kW 600.0 W 0.000 W 48 GRAFICA DE POTENCIA REACTIVA : V1 -120/120V R1 3.5355 60 Hz V2 -120/120V A L2 9.378mH 60 Hz V3 -120/120V 20 R3 3.5355 R2 B L3 9.378mH 30mH C L1 R4 0.001 60 Hz 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms A: l2[p] 1.250kW B: l3[p] -1.250kW 1.250kW C: l1[p] -1.250kW 200.0 W -200.0 W 49 SISTEMA TRIFÁSICO ABC DE TRES CONDUCTORES 120 V EN TRIANGULO. CARGAS EQUILIBRADAS V1 -120/120V R4 0.001 A R1 1k C1 1uF 60 Hz V2 -120/120V R5 0.001 V3 -120/120V 60 Hz R2 1k C3 1uF R3 1k C2 1uF 60 Hz R6 0.001 DIAGRAMA DE TENSIÓN DE LINEA VS CORRIENTE DE LINEA 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms v1_1-v2_1 250.0 A: r4[i] -250.0 150.0mA -150.0mA Measurement Cursors 1 v1_1-v2_1 X: 36.108m Y: 207.46 2 r4[i] Cursor 2 - Cursor 1 X: 34.209m Y: 127.01m X: -1.8994m Y: -207.34 GRAFICA DE LAS CORRIENTES DE LINEA 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms A: r4[i] 150.0mA B: r5[i] -150.0mA 150.0mA C: r6[i] -150.0mA 150.0mA -150.0mA Measurement Cursors 1 r4[i] X: 67.571m Y: 127.13m 2 r6[i] Cursor 2 - Cursor 1 X: 61.964m Y: 126.89m X: -5.6071m Y: -245.28u 50 GRAFICAS DE POTENCIA. ( POTENCIA ACTIVA ) POTENCIA REACTIVA : 7.500 W A: c1[p] 2.500 W -2.500 W -7.500 W 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms Measurement Cursors 1 c1[p] X: 21.112m Y: 7.0845 GRAFICA DE VOLTAJES DE LINEA Y DE FASE 250.0 A: v1_1 B: v2_1 C: v3_1 v1_1-v2_1 150.0 50.00 v2_1-v3_1 v3_1-v1_1 -50.00 -150.0 -250.0 0.000ms 10.00ms GRAFICAS DE CORRIENTE DE LINEA 0.000ms 10.00ms 20.00ms 30.00ms 40.00ms A: r4[i] 150.0mA B: r5[i] -150.0mA 150.0mA C: r6[i] -150.0mA 150.0mA -150.0mA Measurement Cursors 1 r4[i] X: 17.670m Y: 126.90m 2 r6[i] Cursor 2 - Cursor 1 X: 23.143m Y: 126.92m X: 5.4732m Y: 22.329u 51 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIMENTO DE LABORATORIO Nº 10 CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS OBJETIVOS 1. Conectar transformadores en delta y estrella. 2. Estudiar las relaciones de corriente y voltaje. EXPOSICIÓN El transformador trifásico puede ser un solo transformador o bien, tres transformadores monofásicos in-dependientes conectados en delta o en estrella. En algunas ocasiones sólo se usan dos transformadores. El voltaje trifásico de las líneas de potencia, generalmente, es de 208 volts, y los valores normales de voltaje monofásico (120V) se pueden obtener, en la forma que se indica en la Figura 48-1. Los devanados a, b y c, representan los tres secundarios del transformador conectados en estrella. Las líneas trifásicas se identifican con las letras A, B y C,y las conexiones monofásicas van de A, B o C al neutro (tierra). Los transformadores trifásicos deben conectarse correctamente a las líneas, para que funcionen de modo adecuado. Los cuatro tipos de conexión más usados son los siguientes: (véase la Figura 48-2). FIGURA 48-1 a) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en delta, o bien, delta-delta (Δ-Δ). b) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en estrella, o bien, estrella-estrella (Y-Y) e) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en delta, o bien, estrella-delta (Y- Δ) FIGURA 48-2 d) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en estrella, o bien, delta-estrella (Δ -Y) 52 De estas cuatro combinaciones, la que se utiliza con mayor frecuencia es la última, la delta-estrella. Sea cual fuere el método de conexión utilizado, los devanados deben conectarse en tal forma que tengan las debidas relaciones de fase. Para determinarlas en un secundario conectado en estrella, el voltaje se mide a través de dos devanados, como se indica en la Figura 48-3 (a). El voltaje A á B debe ser igual a √3 veces el voltaje que haya a través de cualquiera de los devanados. Si el voltaje A a B es igual al de cualquiera de los devanados, uno de estos devanados debe invertirse. El tercer devanado, C, se conecta entonces como se señala en la Figura 48-3 (b), y el voltaje C a A ó B, también debe ser igual a √3 veces el voltaje de cualquiera de los devanados. Si no es así, habrá que invertir el devanado c. FIGURA 48 - 3 Para determinar las relaciones de fase apropiadas en un secundario conectado en delta, el voltaje se mide en los dos devanados, como se ilustra en la Figura 48-4 (a). El voltaje A a C de cualquiera de los devanados. Si no es así, uno de los devanados se debe invertir. Entonces el devanado c se conecta como se indica en la Figura 48-4 (b), y el voltaje a través de los tres devanados C1 a C, debe ser igual a cero. De no ser así, el devanado c se debe invertir. Las terminales abiertas (Cl y C) se conectan entonces y el transformador tiene las relaciones de fase adecuadas para una conexión en delta, como se indica en la Figura 48-4 (c). Advertencia: La delta nunca debe cerrarse antes de comprobar que el voltaje dentro de ella es cero. Si no es así, y la delta se cierra, la corriente resultante tendrá la magnitud de un corto circuito y dañara el transformador. FIGURA 48-4 Con una conexión estrella-estrella la relación de vueltas entre el devanado primario y el secundario es la misma que la que se tiene en un transformador monofásico independiente. El voltaje de salida de la conexión delta-delta depende también de la relación de vueltas entre los devanados primario y secundario. La conexión delta-estrella tiene una relación más elevada de voltaje trifásico que cualquiera de las otras conexiones, la delta-delta o la estrella-estrella. Esto se debe a que el voltaje entre dos devanados cualquiera del secundario en estrella, es igual a √3 veces el voltaje de línea a neutro en ellos. La conexión estrella-delta es la opuesta a la conexión delta-estrella. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V 3Ø) Módulo de medición de c-a (250/250/250V) Módulos de transformador (3) Cables de conexión EMS 8821 EMS 8426 EMS8341 EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 53 1. a) El circuito que aparece en la Figura 48-5 tiene tres transformadores conectados en una configuración ______________________________. b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V e) Conecte el circuito tal y como se indica. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a línea de 120V c-a. e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes. FIGURA 48-5 VALORES MEDIDOS 2. a) El circuito que aparece en la Figura 48-6 tiene tres transformadores conectados en una configuración ______________________________. E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V b) Calcule los valores de voltaje esperados y anótelos en los espacios correspondientes. E10=_____V, E11=_____V, E12______V VALORES CALCULADOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los voltajes indicados. E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V c) Conecte el circuito tal y como se ilustra. 54 d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta un voltaje de línea a línea de 90V c-a. e) Mida los voltajes señalados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES MEDIDOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V FIGURA 48-6 E10=_____V, E11=_____V, E12______V f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los voltajes indicados. 3. a) El circuito que se ilustra en la Figura 48-7 tiene tres transformadores conectados en la configuración _______________________________ b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5 =____V, E6_______V E7= _____V, E8 =_____V, E9_______V E10=_____V, E11=_____V, E12______V 55 g) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta alcanzar un voltaje de línea a línea de 120V c-a. h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en el espacio correspondiente. VALORES MEDIDOS E1=______V, E2=_____V, E3_______V E4=______V, E5=_____V, E6_______V E7=_____V, E8=______V, E9_______V i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (g),(h) e (i), hasta que se hayan medido los voltajes indicados. 4. a) El circuito que aparece en la Figura 48-8 tiene tres transformadores conectados en una configuración b) Calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS FIGURA 48 -7 E1=_____V, E2=_____V, E3_______V c) Conecte el circuito tal y como se indica. Abra el secundario conectado en delta en el punto "A" y conecte un voltímetro al circuito abierto. E4= ____V, E5=_____V, E6_______V d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro conectado a la delta abierta, en el punto "A" no debe indicar ningún voltaje apreciable si las conexiones en la fase debida. Se tendrá un pequeño voltaje ya que, normalmente, no todos los voltajes trifásicos de una fuente trifásica son idénticos y, también, habrá pequeñas diferencias en los tres transformadores. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Desconecte el voltímetro y cierre el circuito en delta en el punto "A". c) Conecte el circuito como se indica. Abra el secundario conectando en delta en el punto "A" y conecte el voltímetro a través de la delta abierta. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro conectado a la delta abierta, en el punto "A", no indicará ningún voltaje apreciable si las conexiones en delta tienen la fase debida. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Desconecte el voltímetro y cierre el circuito de la delta en el punto "A". 56 g) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente la salida hasta obtener un voltaje de línea a línea de 20V c-a. h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS E1=_____V, E2=_____V, E3_______V E4= ____V, E5=_____V, E6_______V i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de .alimentación. Repita los procedimientos (g),(h) e (i), hasta que haya medido todos los voltajes señalados. FIGURA 48 – 8 5. a) El circuito de la Figura 48-9 tiene dos transformadores conectados en una configuración delta abierta. b ) Calcule los Voltajes y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES CALCULADOS E1= ____V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5=____V, E6_______V c) Conecte el circuito tal y como se indica. d) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente hasta tener un voltaje de línea a línea de 120V c-a. e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes. VALORES MEDIDOS E1= ____V, E2=_____V, E3_______V E4= _____V, E5=____V, E6_______V f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d),(e) y (f), hasta que se hayan medido todos los voltajes indicados. 57 ____________________________________________ ____________________________________________ ______________ c) Si se aumentaran los valores de corriente nominal de cada devanado, ¿podrían obtenerse tan buenos resultados con la configuración de delta abierta, como se tienen con la configuración de delta –delta? _______________________ Explique ¿Por qué? ________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________ 2. Si cada transformador tiene una capacidad de 60kVA. ¿Cuál es el total de la potencia trifásica que se puede obtener en cada una de las cinco configuraciones? A) estrella – estrella: ______________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA B) estrella-delta : _________________ ____________________________________________ ____________________________________________ FIGURA 48 – 9 ____________________________________________ ____________________________________________ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 2. Compare los resultados de los Procedimientos 4 y 5. a) ¿ hay una diferencia de voltaje entre la figuración delta – delta y la configuración delta abierta. ______ =________________kVA C) Delta – estrella: _______________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ b) ¿se tiene el mismo valor nominal de VA en la configuración delta – delta y en la configuración delta abierta? _________ ¿Por qué?________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA D) delta- delta : __________________ 58 ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA E) delta abierta:__________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ______ =________________kVA 3. Si una de las polaridades del devanado secundario se invirtiera, en el Procedimiento 1: F) ¿Se tendría un cortocircuito directo?___________________________ G) ¿ Se calentaría el transformador? __________________________________ H) ¿Se desbalancearían los voltajes del primario? _______________________ I) ¿ Se desbalancearían los voltajes secundarios? _______________________ 4. Si se invirtiera una de las polaridades del devanado secundario del procedimiento 4: D) ¿Se produciría un cortocircuito directo? ___________________________ E) ¿ Se calentaría el transformador? __________________________________ F) ¿Se desbalancearían los voltajes del primario? _______________________ J) ¿ Se desbalancearían los voltajes secundarios? _______________________ 59 REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA MARACAY- EDO ARAGUA REDES ELECTRICAS II EXPERIENCIA 11. Filtros Pasa Bajo, Filtros Pasa Alto, Filtros Pasa Banda, Filtros Eliminador de Banda. Compare los valores obtenidos con los valores teóricos. 2.2 Filtro Pasa Bajo de primer orden RL Monte el siguiente circuito en circuit maker L1 10mH 1. Objetivo de la Unidad a. Determinar las frecuencias de Corte en Circuitos RL y RC de 1er orden en filtros pasa bajo y pasa alto. b. Analizar la operación de los filtros pasa banda 2. procedimiento de la practica: 2.1 Filtros pasa bajo de 1er orden RC - Monte en circuit Maker el siguiente circuito Gen R1 1.5k 100 Hz Vo C1 0.01uF Ajuste el generador de señales para obtener una onda senoidal de 10 Vpp a 100Hz. Varíe la frecuencia entre 100Hz y 50 KHz Haga la grafica del filtro (atenuación Vs Frecuencia utilizando Circuit Maker Determine la frecuencia de Corte Fc= ______________Hz Elabore la gráfica de atenuación del filtro y la grafica de fase empleando papel semilog. Determine el ángulo de fase para la frecuencia de corte. Gen Vo R1 1.5k 100 Hz Ajuste el generador de señales para obtener una onda senoidal de 10 Vpp a 1kHz. Varíe la frecuencia entre 1kHz y 50 KHz. Calcule teóricamente la frecuencia de corte Haga la grafica del filtro (atenuación Vs Frecuencia) utilizando Circuit Maker Determine la frecuencia de Corte Fc= ______________Hz Elabore la grafica de atenuación del filtro y la grafica de fase empleando papel semilog. Determine el ángulo de fase para la frecuencia de corte. c= ___________ Nota: elabore una tabla y mida Vo, Vi, para diferentes valores de frecuencia. Compare los valores obtenidos con los valores teóricos. 2.3 filtro Pasa Bajo de segundo Orden L1 0.225H Vo Gen c= ___________ Nota: elabore una tabla y mida Vo, Vi, para diferentes valores de frecuencia. 100 Hz C1 0.1uF R1 1.5k 60 Ajuste el generador de señales para obtener una onda senoidal de 10 Vpp a 100Hz. Varíe la frecuencia entre 100Hz y 50 KHz Haga la grafica del filtro (atenuación vs. Frecuencia utilizando Circuit Maker Determine la frecuencia de corte y el ángulo de fase a esa frecuencia Calcular teóricamente la frecuencia de resonancia del circuito y compare con el resultado experimental. Elaborar el diagrama de atenuación del filtro en papel semilog. 2.5 Filtro Supresor de Banda. Fc= ______________Hz c= ___________ Determine la pendiente de la curva de este filtro de Segundo orden. Realice la gráfica del filtro en papel semilog R1 1.5k Gen Vo L1 10mH C1 0.01uF 1kHz 2.4 Filtro Pasa Banda L1 10mH C1 0.01uF Vo Gen R1 1.5k Ajuste la frecuencia del generador hasta obtener la frecuencia de resonancia del circuito. 1kHz Fo=______________Hz Ajuste el generador de onda senoidal 10Vpp, 5KHz. Conecte el circuito con el programa Circuit Maker y anote Vo Vo=___________ Ajuste el generador con una frecuencia F1 < Fo hasta obtener una atenuación de –3db F1=____________Hz Ajuste el generador con una frecuencia F2 > Fo hasta obtener una atenuación de –3db F2=____________Hz Calcular el ancho de banda B Obtenga los valores de la frecuencia de corte correspondiente a una atenuación de –3db F1=___________Hz, F2=____________Hz. Hallar el ancho de banda del filtro. B = ______________ Obtenga la curva de atenuación del filtro con el simulador Circuit Maker y calcule los parámetros del circuito, F0, F1, F2, B. Dibuje la curva de atenuación del filtro en papel semilog. Aumente el valor del condensador en el circuito y calcule los parámetros del filtro en esas condiciones. B = ____________ Obtenga la curva de atenuación del filtro pasa banda con el circuit Maker. 61 RESISTENCIAS 62