Medidas de Potencia

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

MEDIDAS DE POTENCIA, MONOFASICA Y TRIFASICA EXPERIMENTO Nº 2

I. OBJETIVO:

Aprender los diferentes tipos de medición de potencia. Conocer la potencia activa, reactiva y aparente. Aprender cómo medir la potencia en corriente alterna monofásica y trifásica. Aprender a usar el vatímetro en forma adecuada.

II. FUNDAMENTO

MEDIDA DE POTENCIA EN CORRIENTE CONTINUA.

En corriente continua la potencia se puede expresar como el producto de la tensión y la intensidad. Para poder medir la potencia existen dos formas:

EL MÉTODO DIRECTO.- (Uso del vatímetro), que se utiliza cuando la potencia tiene muchas fluctuaciones.

EL MÉTODO INDIRECTO.- Que se realiza con el uso del voltímetro y amperímetro, donde se utilizan dos formas de conexión: Conexión corta y conexión larga.

Conexión Corta.- Se produce un error en la medición debido a la resistencia interna del voltímetro (Rv).

Conexión Larga.- Se produce un error en la medición debido a la resistencia interna del amperímetro (Ra).

MEDIDA DE POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA MONOFÁSICA.

El valor de la potencia activa, viene condicionada por el desfase que normalmente hay entre la corriente y la tensión.

El método de medir potencia con un voltímetro y un amperímetro como en C.A. es válido solo para aquellos casos en que la tensión y corriente están en fase.

Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparente

P=VIcosφ Q=VIsenφ S=VI

φ : Anguloentre latensi on y la corriente

LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS I -2015 II Página 1


Para la medida de la potencia activa, se utiliza el método directo utilizando un vatímetro; para la medida de potencia aparente, bastara con medir la tensión y la corriente; mientras que la potencia reactiva, se puede medir directamente con un vatímetro o indirectamente midiendo la potencia activa y la potencia aparente y efectuando operaciones.

El Vatímetro

El instrumento encargado de medir la potencia en CA es el Vatímetro, y su principio de funcionamiento está basado en la interacción de dos campos magnéticos los cuales son creados por la corrientes que circulan por las bobinas de que dispone en su interior; el par producido entre ambos campos es proporcional al producto.

Bobina amperimétrica (ra): Se conecta en serie con la línea de corriente y su resistencia deberá ser lo menor posible con el fin de no perturbar la diferencia de potencial que existe en el circuito.

Bobina voltimétrica (rv): Se conecta en paralelo con la carga cuya potencia se quiere medir y su resistencia deberá ser lo mayor posible para, de esta forma, evitar que el vatímetro desvíe corriente a la carga.

MEDIDA DE POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA.

La potencia total de un sistema trifásico, es la suma de las potencias de cada uno de los tres sistemas monofásicos que la conforman.

P=PR+PS+PT=V R IR cos φR+V S I S cosφS+V T I T cosφT

Cuando se mide potencia de un sistema trifásico, se tiene que hacer una distinción entre aquellos que disponen de tres conductores (3 fases) y aquellos de 4 conductores (3 fases y 1 neutro).

III. EQUIPOS Y/O INSTRUMENTOS A UTILIZAR

1 Fuente de CC y CA monofásica

1 Fuente de CA trifásica

1 Voltímetro

1 Amperímetro

3 Vatímetro

1 Carga (resistiva, inductiva y capacitiva)

Cables de conexión



IV. PROCEDIMIENTO:

1) Medida de la potencia en corriente continua.

a) Conexión corta.

Armar el circuito mostrado en la figura siguiente.

Anote las lecturas del amperímetro y del voltímetro.

Halle producto de voltaje por corriente (potencia del circuito).

Halle la potencia del voltímetro (con este se calcula el error).

Anotar toda la información en la siguiente tabla.

a) Conexión larga.

Armar el circuito mostrado en la figura siguiente.

Anote las lecturas del amperímetro y del voltímetro

Halle producto de voltaje por corriente (potencia del circuito).

Halle la potencia del amperímetro (calcula el error).

Anotar toda la información en la siguiente tabla.

ENSAYOS



TABLA Nº 1

Para una resistencia de 150 ohmios y una fuente de 15 voltios

P = (14.5V)(0.1A)=1.45W

PV = (14.5V)(0.1A-0.09A)=0.15W=150mW

P =(14.6V)(90mA)=1.314W

V= VA + VR

VA = V- VR=14.6V-14.5V=0.1V

PA= (0.1V) (90mA)=0.09W

Tabla Nº 2

Vo VL Ia In P Q S ZL XL L Cosφ=f.d.p

110V 109V 3.1A 0.9A 16W 96.84VAR 98.1W 121.11 120.71 320mH 0.16

200V 198V 4A 1.6A 32W 294.9VAR 297W 132 131.6 349mH 0.12

220V 230.2V 4A 2A 86W 435.43VAR 443.5VA

115.1Ω 114.7Ω 300mH 0.19

Para 220V

R = 9.6Ω ; ZL = 230.2V/2A = 115.1 Ω

XL=√115.12−9.62=114.7Ω2πfL=XL⟹ L=300mH

Cosφ=0.19


CONEXIÓN CORTA

PR = P- PV V I P PV

1.3W 14.5v 0.1A 1.45W 0.15W

CONEXIÓN LARGA

PR = P- PA V I P PA

1.224W 14.6V 90mA 1.314W 0.09W


φ=79.05

Senφ = 0.98

Q=Visenφ = 443.5(0.98)

Q=435.43VAR

Para 200V

R = 9.6Ω ; ZL = 198V/1.6A = 132Ω

XL=√1322−9.62=131.6Ω2πfL=XL⟹ L=349mH

Cosφ=0.12

φ=83.1

Senφ = 0.993

Q=Visenφ = 297(0.993)

Q=294.85VAR

Para 110V

R = 9.6Ω ; ZL = 109V/0.9A = 121.11Ω

XL=√1322−9.62=120.71Ω2πfL=XL⟹ L=320mH

Cosφ=0.16

φ=80.8

Senφ = 0.987

Q=Visenφ = 98.1(0.987)

Q=96.84VAR

V. Cuestionario



1. Presentar en forma tabulada y ordenada los datos tomados en esta experiencia

Conexión CortaV I R

14.5V 0.1A 150 Ω

Conexión LargaV I R

14.6V 90mA 150 Ω

Potencia en C.A. monofásico

V Ia In R P(Activa) P(Aparente)

Cosφ=f.d.p

109V 3.1A 0.9A 9.6 Ω

16W 98.1VA


Cosφ=f.d.p

198V 4A 1.6A 9.6 Ω

32W 297VA


Cosφ=f.d.p

230.2V 4A 2A 9.6 Ω

86W 443.5 VA 0.19

2. Explicar el error que se comete tanto en conexión corta como en conexión larga en corriente alterna. ¿Cuál es el error en cada caso?

Al usar la conexión corta podemos observar que el amperímetro se encuentra delante del voltímetro lo que hace que la corriente que está midiendo sea mayor a la de la resistencia, generando un valor de resistencia menor al real.

Cuando usamos la conexión larga ocurre algo similar, ahora el voltímetro nos marca un valor inferior al real debido al amperímetro conectado en serie que genera una caída de tensión.

3. En el circuito 3, cual es el valor de R y X, el valor del ángulo de desfase. Y que potencia consume con el método de conexión corta. Calcular P, Q, S y graficar.

Vo VL Ia In P Q S ZL XL L Cosφ=f.d.p

110V 109V 3.1A 0.9A 16W 96.84VAR 98.1W 121.11 120.71 320mH 0.16

200V 198V 4A 1.6A 32W 294.9VAR 297W 132 131.6 349mH 0.12

220V 230.2V 4A 2A 86W 435.43VAR 443.5VA

115.1Ω

114.7Ω 300mH 0.19



Para 110 V Para 200 V Para 220 V

R = 9.6ΩZL = 109V/0.9A = 121.11ΩXL=√1322−9.62=120.71Ω

2πfL=XL⟹ L=320mH

Cosφ=0.16

φ=80.8

Senφ = 0.987Q=Visenφ = 98.1(0.987)Q=96.84VAR

R = 9.6ΩZL = 198V/1.6A = 132ΩXL=√1322−9.62=131.6Ω

2πfL=XL⟹ L=349mH

Cosφ=0.12

φ=83.1

Senφ = 0.993Q=Visenφ = 297(0.993)Q=294.85VAR

R = 9.6ΩZL = 230.2V/2A = 115.1 ΩXL=√115.12−9.62=114.7Ω

2πfL=XL⟹ L=300mH

Cosφ=0.19

φ=79.05

Senφ = 0.98Q=Visenφ = 443.5(0.98)Q=435.43VAR

4. En la Fig. N° 3, calcular el % de error que se comete cuando se utiliza un vatímetro monofásico.

Simulando en multisim:

R19.6Ω

L10.3H

V1230.2 Vrms 60 Hz 0°

XMM1XWM1

V I

XMM2



%Error=95.144−8695.144

=0.96%

5. ¿Cuál es la finalidad de estos métodos?

La finalidad de estos métodos es hallar la inductancia por medio de cálculos ya que no hay instrumento que pueda medir directamente dicho parámetro.

Los métodos en las mediciones de conexión corta y larga son para comparar los errores que se cometen en las mediciones, estos errores son por la resistencia interna de los instrumentos utilizados, en este caso son los voltímetros y los amperímetros.

6. ¿Cuál es la importancia del vatímetro monofásico y trifásico?

El vatímetro es un instrumento que nos permite medir en vatios la energía eléctrica o la tasa de suministro de esta energía, es decir mide la potencia eléctrica

Un vatímetro monofásico, conectado como se indica en la fig.I y II puede usarse para medición de un sistema monofásica, bifásica y polifásica (trifásica)

Un vatímetro trifásico, conectado como se indica en la fig.III. Puede usarse para la medición de la potencia en u sistema trifásica.La potencia en cargas trifásicas puede medirse con vatímetros por distintos métodos en la fig.III Indica la conexión de vatímetro trifásico. Este es un instrumento que suma automáticamente las potencias parciales en cada fase e indica su valor total.



VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Los errores que se cometen al utilizar el amperímetro y el voltímetro son por la resistencia interna de cada instrumento.

El error que se comete al medir la potencia de la resistencia es mayor en la conexión larga que la conexión corta.

La carga (motor) disminuye con el aumento de la temperatura por lo anterior se debe considerar un tiempo para la medida de la resistencia.

BIBLIOGRAFÍA

• Instrumentación Electrónica Moderna William D. Cooper• Técnicas de las Medidas Eléctricas Stockl• Guía para Mediciones Electrónicas Stanley Wolf• Tecnología Industrial Kastejón


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