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Este es un laboratorio donde converger todos los laboratorios vistos durante la asignatura casada, trata de circuitos y modelados en simulink para ayuda de la compresión
Tipo: Ejercicios
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Ingeniería Eléctrica Universidad Autónoma de Occidente Santiago de Cali, Colombia cristian_cam.morales@uao.edu.co
Ingeniería Eléctrica Universidad Autónoma de Occidente Santiago de Cali, Colombia julian_and.rios@uao.edu.co I. Resumen En el presente informe realizaremos las simulaciones respectivas para el desarrollo de los 3 laboratorios asistidos con el Software Matlab-Multisim, con el cual realizaremos la tomas de datos simulados como el valor pico y RMS de la corriente y el diferencial de potencial, el factor de potencia activa y reactiva, y posteriormente procederemos a calcular los datos teóricos, como la impedancia, capacitancia, potencia activa y reactiva; los cuales para realizar la comparación entre estos valores y obtener un porcentaje de error aproximado, con sus respectivos triángulos de potencia. II. Introducción Un Analizador de Redes es un instrumento capaz de analizar las propiedades de las redes eléctricas, especialmente aquellas propiedades asociadas con la reflexión y la transmisión de señales eléctricas, conocidas como parámetros de dispersión. Para el desarrollo profesional de ingeniería los Analizadores de redes son fundamentales tanto para el mantenimiento de motores eléctricos trifásicos o monofásicos, corrección de potencia, transmisión de redes y la realización de experimentos o desarrollo de proyectos. En este informe se realizarán las 3 respectivas prácticas de laboratorios que consisten en el uso y funcionamiento apropiado del Analizador de redes en circuitos serie, paralelos, trifasico y monofasicos; Con el fin de obtener datos experimentales y compararlos con los simulados y teóricos. Debido a la falta del analizador de redes nomas se tomarán los datos teóricos y simulados. Y con estos datos determinar el factor de potencia y el valor del capacitor (Capacitancia) para corregirlo. III. laboratorio 1- Medición de potencia monofásica
2 𝑉𝑅𝑀𝑆 = 120/ 2 = 60 2 𝑉 𝑋𝐿 = 𝑗ω𝐿 = 𝑗(377)(1𝐻) = 𝑗377Ω 𝑋𝑐 =− 1 𝑗ω𝐶 =− 𝑗^ 1 (377)(10μ𝑓) =^ − 𝑗265. 25Ω 𝑍𝑅𝐶 = 1 1 150Ω +^ 1 −𝑗265.25Ω
150Ω +^ 1 −265.25Ω
𝑉𝑅𝑀𝑆 𝑋 𝑍𝑒𝑞^ =^ 84.85 113+𝑗312 = 90. 6 + 𝑗32. 8 𝑉 𝑉𝐿 𝑝𝑖𝑐𝑜 = 𝑉 𝑋 𝑍𝑒𝑞^ =^ 120 113+𝑗312 = 128 + 𝑗46. 42 𝑉 𝑉𝐶𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 𝑍𝑒𝑞^ * 𝑍𝑅𝐶 =^
113+𝑗312 * 113. 65 − 64. 27Ω 𝑉𝐶𝑅𝑀𝑆 = 9. 896 − 𝑗91. 594 𝑉𝐶𝑝𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 𝑍𝑒𝑞^ * 𝑍𝑅𝐶 =^ 120 113+𝑗312 * 113. 65 − 64. 27Ω 𝑉𝐶 𝑃𝑖𝑐𝑜 = 13. 995 − 𝑗 102. 91 𝐼𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 𝑍𝑒𝑞^ =^ 84.85𝑉 113+𝑗312Ω = 0. 25∠ − 70 𝐴 𝐼𝑝𝑖𝑐𝑜 = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜 𝑍𝑒𝑞^ =^ 120𝑉 113+𝑗312Ω = 0. 36∠ − 70 𝐴 𝑆𝑡 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 * 𝐼'𝑅𝑀𝑆 = (84. 85)(0. 25∠ − 70 𝐴) 𝑆𝑡 = 7. 25 + 𝑗19. 9 𝑉𝐴 𝑃 = 7. 25𝑊 𝑄 = 19. 9 𝑉𝐴𝑅 | | = 𝑆 𝑃 2
Figura II: Laboratorio 1,Circuito 2. Fuente: Guía de laboratorio 1 UAO. 𝑅 = 10Ω 𝐿 = 10𝑚𝐻 ω = 377 𝑟𝑎𝑑/𝑠𝑒𝑔 𝑉(𝑡) = 120 𝑠𝑒𝑛(377𝑡)𝑉 𝑋𝐿 = 𝑗ω𝐿 = 𝑗(377)(10𝑚𝐻) = 𝑗3. 77Ω 𝑍𝑒𝑞 = 𝑅 + 𝑋𝐿 = 10 + 𝑗 3. 77 Ω 𝐼𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 𝑍𝑒𝑞^ =^ 84.85𝑉 10+𝑗 3.77 = 7. 939∠ − 20𝐴 𝑆𝑡 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 * 𝐼'𝑅𝑀𝑆 = (84. 85)(7. 939∠20𝐴) = 632 + 𝑗 𝑃 = 632 𝑊 𝑄 = 230 𝑉𝐴𝑅 | | = 𝑆 𝑃 2
4 Figura VI: Triangulo de Potencia circuito 2 Corregido. Fuente: Elaboración propia por medio de Google
corregir el factor de potencia en el circuito de la
se produce una “fuerza contraelectromotriz”, denominada “reactancia capacitiva”, que al final del proceso ofrece también una alta resistencia al flujo o circulación de la corriente eléctrica por el circuito. IV. LABORATORIO 2 Circuitos Trifásicos Balanceados
1. Para las configuraciones de los circuitos de las figuras 1, 2 y 3 defina las relaciones entre corrientes de línea y fase, así como las relaciones entre tensiones de línea y fase. Para el circuito 1 del laboratorio 1 las corriente son distintas y el voltaje de línea es igual al de la fase. Para el circuito 2 sucede lo mismo que con el circuito 1, pero con la excepción de que ya que no hay neutro las tensiones difieren un poco de fase. Para el tercer circuito las corriente son las mismas, pero las tensiones son distintas.
56.12 = 1 Circuito 2
Figura VIII : Laboratorio 1,Circuito 2. Fuente: Guía de laboratorio 1 UAO 𝐼𝑎𝐴 = 𝑉 (^) 𝐴𝑁 𝑍 =^ 69.28ᆫ− 250+𝑗0.754 = 0. 27∠ − 90 𝐼𝑏𝐵 = 𝑉 (^) 𝐵𝑁 𝑍 =^ 69.28ᆫ 30 250+𝑗0.754 = 0. 27∠29. 8 𝐼𝑐𝐶 = 𝑉 (^) 𝐶𝑁 𝑍 =^ 69.28ᆫ 150 250+𝑗0.754 = 0. 27∠149. 8 𝑃 = 𝑉𝑓 * 𝐼𝑓 * 𝑐𝑜𝑠θ = (69. 28)(0. 27)𝑐𝑜𝑠(0. 152) = 18. 70𝑤 𝑃 (^) 𝑇 = 3𝑃 = 3(18. 70) = 56𝑤 𝑄 = 𝑉𝑓 * 𝐼𝑓 * 𝑠𝑒𝑛θ = (69. 28)(0. 27)𝑠𝑒𝑛(0. 152) = 0. 049 𝑄 (^) 𝑇 = 3𝑄 = 3(0. 049) = 0. 147 𝑤 𝑆 = 𝑉𝑓 * 𝐼𝑓 = (69. 28)(0. 27) = 18. 7056 𝑆 (^) 𝑇 = 3𝑆 = 3(18. 7056) = 56. 12 𝑓𝑝 = 𝑃 (^) 𝑇 𝑆 (^) 𝑇^ =^
56.12 = 1 Circuito 3 Figura IX : Laboratorio 1,Circuito 2. Fuente: Guía de laboratorio 1 UAO 𝑉𝐴𝐵 = 120∠ − 120 𝑉𝐵𝐶 = 120∠0 𝑉𝐴𝐵 = 120∠ − 240 𝑉𝐴𝑁 = 69. 28∠ − 90 𝑉𝐵𝑁 = 69. 28∠30 𝑉𝐶𝑁 = 69. 28∠ 𝑍 = 250 + 𝑗0. 754Ω 𝐼𝑓 = 𝑉 (^) 𝑟𝑚𝑠 𝑍 =^ 120 250+𝑗0.754 = 0. 48∠ − 0. 17 𝐼𝑓 = 480 𝑚𝐴 𝐼𝐿 = 3 * 𝐼𝑓 = 3 * 480𝑚𝐴 = 0. 83∠ − 0. 17 𝐼𝐿 = 831 𝑚𝐴 𝑃 = 𝑉𝑓 * 𝐼𝑓 * 𝑐𝑜𝑠θ = (120)(480 𝑚𝐴)𝑐𝑜𝑠(− 0. 17) = 57. 6𝑤 𝑃 (^) 𝑇 = 3𝑃 = 3(57. 6) = 172 𝑤 𝑄 = 𝑉𝑓 * 𝐼𝑓 * 𝑠𝑒𝑛θ = (120)(480)𝑠𝑒𝑛(0. 152) =− 0. 171 𝑄 (^) 𝑇 = 3𝑄 = 3(− 0. 171) =− 0. 5127 𝑉𝐴𝑅 𝑆 (^) 𝑇 = 3 * 𝑉𝑓 * 𝐼𝑓 = 3 * (120)(480𝑚𝐴) = 172. 8 𝑓𝑝 = 𝑃 (^) 𝑇 𝑆 (^) 𝑇^ =^
172.8 = 1
Tabla V : Registro Medidas 2-2 Y-Y sin neutro. Fuente: Elaboración propia por medio de Google.
Tabla VI: Medidas Circuito Corregido 3-3 delta. Fuente: Elaboración propia por medio de Google. ● Explique por qué no es recomendable realizar una conexión ∆ de la fuente trifásica. Porque al momento del arranque este puede consumir mucho. Lo cual quiere decir que la potencia reactiva tiene un valor alto y esto puede generar muchas pérdidas. V. LABORATORIO 3 Circuitos Trifásicos Desbalanceados
1. Cálculos teóricos para los circuitos de las figuras 1, 2 y 3 Circuito 1 Figura XIII:Laboratorio 3, Circuito 1.. Fuente: Elaboración propia por medio de Google 𝑅 = 400Ω 𝑦 200Ω 𝐿 = 0. 5𝐻 𝐶 = 11μ𝑓 𝑉 = 120 ω = 377 𝑉𝐴𝐵 = 120ㄴ 120 𝑉𝐵𝐶 = 120ㄴ 0 𝑉𝐶𝐴 = 120ㄴ 240 𝑉𝐴𝑁 = 69. 28ㄴ90, 𝑉𝐵𝑁 = 69. 28ㄴ − 30, 𝑉𝐶𝑁 = 69. 28ㄴ − 150 𝑋𝐿 = 𝑗ω𝐿 = 𝑗(377)(0. 5) = 188. 5 Ω 𝑋𝐶 =− 𝑗 (^) (377)(11μ𝑓)^1 = 241Ω 𝐼𝑎𝐴 = 69.28ㄴ 90 200+𝑗188.5 = 0. 25ㄴ^46 𝐼𝑏𝐵 = 69.28200−𝑗241ㄴ−30 = 0. 22ㄴ 20
8 𝐼𝑐𝐶 = 69.28 400 ㄴ−150 = 0. 17ㄴ − 150 𝐼 (^) 𝑁 = 0. 25ㄴ46 + 0. 22ㄴ20 + 0. 17ㄴ − 150 𝐼𝑁 = 0. 29ㄴ 36 𝑃 1 = (𝐼𝑎𝐴) 2 (𝑅𝐴𝑁) = (0. 25) 2 (200) = 12. 5 𝑤 𝑃 2 = (0. 22) 2 (200) = 9. 68𝑤 𝑃 3 = (0. 17) 2 (400) = 11. 56𝑤 𝑃𝑇 = 12. 5 𝑤 + 9. 68𝑤 + 11. 56𝑤 = 33. 7𝑤 𝑄 1 = (𝐼𝑎𝐴) 2 (𝑋𝐿) = (0. 25) 2 (188. 5) = 11. 78 𝑉𝐴𝑅 𝑄 2 = (0. 22) 2 (241) = 11. 6644𝑉𝐴𝑅 𝑄 3 = (0. 17) 2 (400) = 11. 56𝑉𝐴𝑅 𝑄𝑇 = 11. 78 + 11. 6644 +11. 56 = 35VAR 𝑆 1 = (𝐼𝑎𝐴) 2 (𝑉𝐴𝑁) = (0. 25)(69. 28) = 17. 32 𝑉𝐴 𝑆 2 = (0. 22)(69. 28) = 15. 2416𝑉𝐴 𝑆 3 = (0. 17)(69. 28) = 11. 8𝑉𝐴 𝑆𝑇 = 17. 32 + 15. 2416 + 11. 8𝑤 = 44. 4𝑉𝐴 𝑓𝑝 1 = 𝑃 1 𝑆 1 =^
17.32 = 0. 72 𝑓𝑝 2 = 𝑃 2 𝑆 2 =^
15.2416 = 0. 635 𝑓𝑝 3 = 𝑃 3 𝑆 3 =^
11.8 = 0. 9796 𝑓𝑝 (^) 𝑇 = 0 3 ∑𝑃 0 3 ∑𝑆
Circuito 2 Figura XIV: Laboratorio 3, Circuito 2. Fuente: Elaboración propia por medio de Google 𝑅 = 400Ω 𝑦 200Ω 𝐿 = 0. 5𝐻 𝐶 = 11μ𝑓 𝑉 = 120 ω = 3 𝑋𝐿 = 𝑗ω𝐿 = 𝑗(377)(0. 5) = 188. 5 Ω 𝑋𝐶 =− 𝑗 (^) (377)(11μ𝑓)^1 = 241Ω 𝑌𝐴 = 1 𝑍𝐴^ =^ 1 200+𝑗188.5 = 2. 65 * 10^ − − 𝑗 2. 5 * 10 − σ 𝑌𝐵 = (^) 𝑍^1 𝐶
−
− σ 𝑉𝐴𝑁 = 69. 28ㄴ 90 𝑉𝐵𝑁 = 69. 28ㄴ − 30 𝑉𝐶𝑁 = 69. 28ㄴ 210 𝑉𝑂𝑁 = 𝑉𝐴𝑁𝑌𝐴+𝑉𝐵𝑁𝑌 (^) 𝐵+𝑉𝐶𝑁𝑌𝐶 𝑌𝐴+𝑌𝐵+𝑌𝐶 (69.28ㄴ90)(3.6410 −3ㄴ−43)+(69.28ㄴ−30 )(3.22610 −3ㄴ50.7)+(69.28ㄴ210)(2.5 3.6410 −3ㄴ−43 + 3.22810 −3ㄴ50 + 2.5*10 − 𝑉𝑂𝑁 =40ㄴ36. 𝑉𝐴𝑂 = 𝑉𝐴𝑁 − 𝑉 (^) 𝑂𝑁 = (69. 28ㄴ90) − (40ㄴ36. 99) = 55ㄴ 125 𝑉𝐵𝑂 = (69. 28ㄴ − 30) − (40ㄴ36. 99) = 92. 55ㄴ − 6. 55 𝑉𝐶𝑂 = (69. 28ㄴ210) − (40ㄴ36. 99) = 109. 09ㄴ − 147. 44 𝐼𝑎𝐴 = 𝑉 (^) 𝐴𝑂 𝑍𝐴^ =^ 55 ㄴ 125 200+𝑗188.5 = 0. 200ㄴ81. 695 𝐼𝑏𝐵 = 𝑉 (^) 𝐵𝑂 𝑍𝐵^ =^ 92.55ㄴ−6. 200−𝑗241 = 0. 295ㄴ43. 7 𝐼𝑐𝐶 = 𝑉 (^) 𝐶𝑂 𝑍𝐶^ =^ 109.09ㄴ−147. 400 = 0. 272ㄴ^ − 147. 44 𝑃 1 = (𝐼𝑎𝐴) 2 (𝑅𝐴𝑁) = (0. 200) 2 (200) = 8𝑤 𝑃 2 = (0. 295) 2 (200) = 17. 405𝑤 𝑃 3 = (0. 273) 2 (400) = 19. 8𝑤 𝑃𝑇 = 8 𝑤 + 17. 405𝑤 + 29. 8𝑤 = 55. 2𝑤 𝑄 1 = (𝐼𝑎𝐴) 2 (𝑋𝐿) = (0. 200) 2 (188. 5) = 7. 54 𝑉𝐴𝑅 𝑄 2 = (0. 295) 2 (241) = 20 𝑉𝐴𝑅 𝑄 3 = (0. 273) 2 (400) = 29. 8𝑉𝐴𝑅 𝑄𝑇 = 57. 34 𝑉𝐴𝑅 𝑆 1 = (𝐼𝑎𝐴)(𝑉𝐴𝑁) = (0. 200)(69. 28) = 13. 856 𝑉𝐴 𝑆 2 = (0. 295)(69. 28) = 20. 4376𝑉𝐴 𝑆 3 = (0. 273)(69. 28) = 20𝑉𝐴 𝑆𝑇 = 13. 856 + 20. 4376 + 18. 91 = 53. 20𝑉𝐴
Figura XVIII: Laboratorio 3, Circuito 3. Fuente: Elaboración propia por medio de Google
3. Diligenciar las tablas 1-1, 2-1 y 3-1 con los valores teóricos y simulados. Tabla VII: Registro de Medidas 1-1 Y-Y con neutro. Fuente: Elaboración propia por medio de Google.
Tabla VIII: Registro de Medidas 1-1 Y-Y sin neutro Fuente: Elaboración propia por medio de Google. Tabla IX: Registro de Medidas 3-3 deta. Fuente: Elaboración propia por medio de Google. V. Conclusión Podemos concluir que en estos laboratorios fueron posible las retroalimentaciones de todos los conocimientos que obtuvimos durante el paso de este semestre, además de nuestra propia