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PRÁCTICA 3
Análisis senoidal permanente de circuitos trifásicos balanceados y desbalanceados
Objetivo: Determinar experimentalmente las relaciones entre los voltajes de línea y voltajes de fase. Determinar experimentalmente las relaciones entre las corrientes de línea y las corrientes entre líneas. Verificar la relación entre el voltaje y la corriente en un inductor. Verificar la relación entre el voltaje y la corriente en un capacitor. Mediante el empleo de un simulador electrónico de un generador trifásico balanceado analizar prácticamente un circuito trifásico, empleando fasores.
Teoría básica
El simulador trifásico balanceado ( S.T.B. ) es un dispositivo electrónico constituido por un oscilador y un banco de filtros pasa-todo, mediante los cuales se generan tres voltajes defasados 120º tal y como los presentaría un generador trifásico, pero con un voltaje pequeño, aproximadamente de 14.4 volts pico a pico y una frecuencia de 925.93 Hz.
A sen 2πft
A sen (2πft - 2/3π)
A sen (2πft + 2/3π)
S.T.B.
a
b
c
Figura 1. Simulador trifásico balanceado.
Nótese que los voltajes correspondientes a las salidas a, b y c, tensiones al neutro, son medidos con respecto a tierra.
Experimentos a realizar
Conecte el S.T.B. y enciéndalo, observe en un osciloscopio las formas de onda correspondientes a los voltajes en las terminales a y b debiendo existir un retraso de 120º de la salida en b con respecto a la salida en a, siendo las amplitudes respectivas idénticas. Observe a continuación los voltajes en las terminales a y c debiendo existir un adelanto de 120º de la salida c con respecto a la salida a, siendo las amplitudes respectivas idénticas. A esta secuencia se le llama secuencia de fase positiva. En caso de alguna discrepancia con lo mencionado anteriormente, pida ayuda a su instructor.
Experimento I
Arme el circuito de la Fig. 2.
S.T.B.
R S
R
R
i r n
a
b
c
n
R = 1 kΩ r = 33 Ω
Figura 2. Circuito trifásico balanceado conectado en estrella.
Considere que el ángulo del voltaje de línea Vab es nulo, es decir ∠ V ab = 0º.
a) Observe con el interruptor S cerrado las formas de onda correspondientes a los voltajes Vab y Vnb, para efectuar esta observación, conecte la tierra del osciloscopio en la terminal b y los canales A y B del osciloscopio en las terminales a y n respectivamente (desconectando la tierra del osciloscopio de la tierra
del circuito). Dibuje los fasores correspondientes a Vab y Vbn. ¿Cuál es la razón bn
ab V
V
b) Observe con el interruptor S cerrado el voltaje correspondiente a la resistencia r.
c) Observe con el interruptor S abierto el voltaje correspondiente a la resistencia r.
d) ¿Qué concluye de los incisos b) y c) anteriores con respecto a la corriente in?
Experimento II
Arme el circuito de la Fig. 3.
S.T.B.
r
r
r
S
R
R
R
ia
ib
ic
a
b
c
a'
b'
c'
n
n'
R = 1 kΩ r = 33 Ω
Figura 3. Circuito trifásico balanceado conectado en estrella.
c) Compare sus resultados experimentales con sus resultados teóricos. ¿Qué concluye?
S.T.B.
S
n
n'
ib
ia
ic
1 kΩ 33 Ω
L r
C = 0.22 μf
1 kΩ
a
b
c
a 0
c 0
b 0
Figura 5. Circuito trifásico desbalanceado.
Con el interruptor S abierto haga lo siguiente:
d) Observe en el osciloscopio los voltajes Van’, Vbn’, Vcn’ y Vnn’. Considerando ∠ V an’ = 0º; a partir de las observaciones anteriores determine
I a, I b e I c.
Esto último puede realizarse mediante las siguientes expresiones
a
an' nn' a Z
V V
I
b
bn' nn' b Z
V V
I
c
cn' nn' c Z
V V
I
e) Dibuje los fasores correspondientes a
Van’, Vbn’, Vcn’, ia, ib, e ic.
f) Compare sus resultados experimentales con sus resultados teóricos. ¿Qué concluye?
Equipo necesario
1 Osciloscopio 1 S.T.B. 1 Solenoide
Material necesario
3 Resistores de 22 kΩ, 1/2 watt 3 Resistores de 1 kΩ, 1/2 watt 3 Resistores de 33 Ω, 1/2 watt 1 Capacitor de 0.22 μf
Cuestionario previo
Determine en forma teórica los fasores I a, I b e I c del experimento IV, incisos a) y d).
Considere V an’ = 2
∠ 0 ° y f = 926 Hz.
BIBLIOGRAFÍA
Hayt, W. H., Jr., Kemmerly, J. E., y Durbin, S. M. Análisis de circuitos en ingeniería. Sexta edición Mc Graw Hill, 2003
Dorf, R. C. y Svoboda, J. A. Circuitos Eléctricos. 5ª edición Alfaomega, 2003
Gerez Greiser, V., y Murray Lasso, M. A. Teoría de Sistemas y Circuitos Alfaomega, 1991
Hubert, C. I. Circuitos Eléctricos CA/CC. Enfoque integrado Mc Graw Hill, 1985
