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PRÁCTICA 5
SISTEMAS TRIFÁSICOS:
ESTUDIO DE LAS TENSIONES CORRIENTES Y POTENCIAS EN
SISTEMAS SIMÉTRICOS Y ASIMÉTRICOS. APLICACIONES.
CONTENIDO DE LA PRÁCTICA.
3.1 - OBJETIVO.
3.2 - COMPONENTES ELÉCTRICOS DISPONIBLES.
3.3 - DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE FASES DE LA RED.
3.4 - ESTUDIO DE UNA RED TRIFÁSICA CON CARGA EQUILIBRADA.
3.5 - ESTUDIO DE UNA RED TRIFÁSICA CON CARGA DESEQUILIBRADA.
3.6 - OBTENCIÓN DE UN SISTEMA TRIFÁSICO A PARTIR DE UNA FUENTE
MONOFÁSICA.
3.1 OBJETIVO.
Estudiar el comportamiento eléctrico (tensiones, corrientes y potencias) de una red trifásica,
cuando las condiciones planteadas motivan situaciones de simetría o asimetría de corriente. Es
también objetivo de la presente práctica, efectuar un estudio comparativo teórico-experimental
de ciertos circuitos que por sus características propias adquieren un interés especial, bien sea
para matizar cuestiones conceptuales importantes o bien por tener un papel relevante en
ciertas aplicaciones industriales.
Nota : Antes de iniciar los montajes relacionados con la práctica, deben tener efectuados los
cálculos correspondientes a las cuestiones previas. El hecho de no disponer de este requisito
puede dar lugar a que la calificación de la práctica sea de cero.
3.2 COMPONENTES ELÉCTICOS DISPONIBLES.
COMPONENTES TIPO CANTIDAD VALORES NOMINALES Resistor Aglomerado 2 15 kΩ , 1 W Resistor Aglomerado 3 68 Ω , 2 W Bobina Núcleo ferrita 1 R = 15 Ω , L = 450 mH Condensador Poliéster (^3) 2,2 μF , 250 V Condensador Poliéster (^2 15) μF , 250 V Bombilla 3 60 W , 220 / 230 V
Motor trifásico Inducción 1 220/380 V , 1/12CV , 1350 r.p.m
3.3 DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE FASE DE LA RED.
3.3.1 Cuestiones previas.
La fuente que alimenta el circuito de la figura 3.1 proporciona un sistema de tensiones equilibrado con secuencia directa, siendo la tensión de línea 230 V y 50 Hz su frecuencia.
Figura 3.1. Estudio de la secuencia de fase
En el supuesto que las impedancias indicadas en el esquema sean, ZRO = (0 – j1500) Ω , ZSO = (800 + j0) Ω y ZTO = (400 + j0) Ω. Se pide: Resolver el sistema de ecuaciones correspondiente a las mallas (ROS) y (SOT), o bien, previo cálculo de la tensión de desplazamiento del neutro, averiguar las cuestiones que a continuación se solicitan: a) Los valores de las corrientes, IR = ……..……… , IS = …………….... , IT = …………...……….
b) Tensión en bornes de cada fase de la carga, UR0 = ……..… , US0 = ………… , UT0 = …….…. c) A partir de los resultados obtenidos, representar el diagrama fasorial correspondiente.
3.3.2 Ensayo a efectuar en el laboratorio.
El circuito de la figura 3.2 se utiliza para determinar la secuencia de fase de la red trifásica. Para ello se conecta un condensador de 2,2 μF de capacidad, con dos bombillas de 60 W y tensión de 220 - 230 V, tal como muestra la figura.
Figura 3.2. Determinación de la secuencia de fase Disponer en el panel de ensayo el montaje del circuito descrito. A continuación conectarlo a la fuente de alimentación, e identificar mediante comparación con los resultados obtenidos en las cuestiones previas, aquellos terminales de la red que justifican su secuencia directa. Efectuar las medidas de tensión y corriente que se indican en la tabla adjunta, y a partir de ellas deducir el valor de la impedancia de cada fase.
URS UST UTR URO USO UTO IR IS IT
Valores de las impedancias, ZRO = ......................... ; ZSO = ............................ ; ZTO = ...............................
3.3.2.1 Análisis de resultados.
Justificar las diferencias (en caso de que existan) entre los resultados obtenidos de forma experimental y sus homólogos de las cuestiones previas.
R
O
3.4.2 Carga equilibrada en triángulo.
3.4.2.1 Cuestiones previas.
La carga mostrada en la figura 3.4 está formada por tres bombillas idénticas cuyas características son, 60 W y tensión de 220 – 230 V. Admitiendo que la fuente que alimenta el circuito proporciona un sistema de tensiones equilibrado de 230 V de tensión de línea a la frecuencia de 50Hz. Se desea saber: El valor de la corriente y la potencia en cada una de las fases, así como la corriente de la línea. (Considérese constante la resistencia del filamento de las bombillas).
IRS = ..….....….. ; IST = ………..…. ; ITR = ………….….
IR = ………..…. ; IS = ………….... ; IT = ………………
PRS = ……..…. ; PST = ……..…. ; PTR = …….....…….
Figura 3.4 Carga equilibrada en triángulo
3.4.2.2 Ensayo a efectuar en el laboratorio.
Disponga en el panel de ensayo el circuito de la figura 3.4 y efectúe las medidas de:
- Tensiones de línea.
- Corrientes de línea.
- Corrientes de fase.
URS UST UTR IR IS IT IRS IST ITR
Calcular el valor de la resistencia del filamento de las bombillas, R = ................... , y determinar
la desviación porcentual respecto el valor utilizado en las cuestiones previas. ε R =….…… %
3.4.2.3 Análisis de resultados.
Justificar la diferencia (si existe) entre los resultados obtenidos de forma experimental y sus homólogos de las cuestiones previas. A continuación, considerando las bombillas como resistencias puras, representar el diagrama fasorial correspondiente y comprobar si se cumple la ecuación: IR + IS + IT = 0
S
T
R
3.4.3 MEDIDA DE LA POTENCIA
3.4.3.1 Ensayo a efectuar en el laboratorio.
Medida de la potencia en una red sin neutro y carga equilibrada.
Disponga en el panel de ensayo el circuito de la figura 3.5. Determine el valor de las resistencias R 1 y R 2 para crear un neutro artificial, según sea la escala elegida en el circuito de tensión del vatímetro. Tomando como referencia la disposición indicada en la figura, efectúe la medida de la potencia que suministra cada fase de la fuente de alimentación, ¿será igual que la consumida en cada fase de la carga?.
Figura 3.5 Medida de la potencia en una red sin neutro
Escala (V): ................. ⇒ R 1 = R 2 = RV = ……………..
Complementar la tabla adjunta con los datos de tensión y corriente que se solicitan (ejercicio
anterior) y efectuar la medida de la potencia que suministra cada fase de la fuente.
Deducir el valor de la potencia total suministrada y la consumida.
URS UST UTR IR IS IT PRN PSN PTN
PFase= PTotal=
3.4.3.2 Análisis de resultados.
Este método de medida de la potencia, ¿es válido para todo tipo de redes trifásicas?. Razonar la respuesta.
3.6 OBTENER UN SISTEMA DE TENSIONES TRIFÁSICO A PARTIR DE UNA
FUENTE MONOFÁSICA.
3.6.1 Cuestiones previas.
La carga trifásica mostrada en la Figura 2.7 está formada por tres resistencias de 68 Ω. Se pretende que el sistema de tensiones que las alimenta sea equilibrado |URS| = |UST| = |UTR|, disponiendo para ello de una fuente monofásica que proporciona una tensión eficaz de 12 V a la frecuencia de 50 Hz.
Figura 2.7 Obtención de un sistema trifásico a partir de uno monofásico.
La adaptación del sistema monofásico al trifásico se plantea realizarlo sin coste adicional de potencia activa, siendo necesario intercalar los elementos reactivos X 1 y X 2 mostrados en la figura. Determinar el valor y la naturaleza de dichas reactancias (X 1 y X 2 ), que hace posible las premisas establecidas, y representar un diagrama fasorial en el que figuren todas las tensiones y corrientes de la red.
X 1 = → X 2 = →
3.6.2 Ensayo a efectuar en el laboratorio.
Teniendo en cuenta los valores de las componentes calculadas en las cuestiones previas, montar en el panel de ensayo el circuito de la Figura 2.7. A continuación, ajustar el valor de la inductancia de la bobina (desplazando el núcleo), hasta alcanzar el equilibrio más óptimo de tensión en las resistencias de carga. En estas condiciones, efectuar las medidas de todas las tensiones y corrientes de la red, y complementar la tabla adjunta.
UG IG URO USO UTO I 1 I 2 IR IS IT
3.6.2.1 Análisis de resultados.
Con la información obtenida en el ensayo, determinar los valores reales de las componentes utilizadas. A continuación, razonar las diferencias existentes entre los resultados experimentales y los obtenidos en las cuestiones previas. Discutir y comentar las conclusiones.
