INSTRUMENTOS DE IMAN PERMANENTE Y BOBINA MOVIL …

INSTRUMENTOS DE IMAN

PERMANENTE

Y BOBINA MOVIL

LOGOMETRO (COCIENTIMETRO)

senIlBNsenFf 11

cosIlBNcosFf 22

IPBM: Logómetros F F

f 2

f 1

2 1

I 2

I 1

f 1

f 2

B

F F

f 2

f 1

2 1

I 2

I 1

f 1

f 2

B

cosIKafC 22m2

senIKafC 11m1

1

2

21I

I = tg cosI = sen I

º90

I1 I2

tgKRR

R

I

I = tg x

x

1

2

IPBM: Logómetros

U

R R x

N S

0 20 40 60 80 0

2

4

6

Rx

R Rx

N S

IPBM: Logómetros

IPBM: Logómetros

Medición de Resistencia de

Aislación

Norma IRAM 2325

“Aislación Eléctrica

Guía para la Evaluación de

su Estado por Mediciones

de su Resistencia”

Medición de Resistencia de Aislación

Norma IRAM 2325 Definiciones Básicas

Norma IRAM 2325

Tabla I

Norma IRAM 2325

Estado de Aislación en función de RAD e IP

Tabla II

Ensayo de Absorción dieléctrica

Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y midiendo a partir del instante

inicial, la RA cada 10 s hasta completar el primer minuto.

Los valores obtenidos se grafican en función del tiempo, calculando el valor

de RAD.

Cumplido el primer minuto se continúa registrando lecturas, ahora cada

minuto hasta completar los 10’.

Con estos valores se traza la gráfica resistencia-tiempo, calculando el valor

de IP.

Los resultados obtenidos se evalúan con la Tabla II.

Relación de

absorción

dieléctrica

(RAD)

Curvas de resistencias-tiempo para un ensayo de absorción dieléctrica con una duración de 60 s

NOTA: La parte de la curva que se indica con líneas de puntos corresponde a valores de RA que no son confiables,

por las dificultades de su medición, ni relevantes para determinar RAD.

IP (Indice de

Polarización)

Aislación

buena

Aislación que

puede ser

defectuosa

Aislación

Buena

IP>4

Aislación que

puede ser

defectuosa

IP<1.5

RAD<1.2

RAD>1.6

Curvas de resistencias-tiempo para un ensayo de absorción dieléctrica con una duración de 10 minutos

Aislación buena

Aislación pobre

Curvas de Resistencia-Tensión

Curvas obtenidas con los valores de RA (60 s)

Ejemplo de la variación de RA de un motor en un período de varios años.

En A se pone de manifiesto el efecto de envejecimiento y de la contaminación al observarse

valores decrecientes de RA. En B la caída pronunciada evidencia una falla de la aislación. En

C, se indica el valor de resistencia de aislación después que el motor ha sido rebobinado.

Curvas de Resistencia-Tiempo

A

B

C

RA

tºC de Ref.

tºC . Datos:

RA=100M

tºC=25ºC

RA(65ºC)=6M

RA

Norma IRAM 2325

)(R)(K)Cº20(R AA

)(

)º20()(

K

CRR A

A

4)Cº40(K

Ejplo. Para un transformador se midió una

RA de 50M a una temperatura de 40ºC.

La RA a 20ºC será:

M200M50x4)Cº20(RA

Datos:

RA=100M

tºC=20ºC

Temp. trabajo 65ºC

20)Cº65(K

AA

R (20º C) 100MR (65º C) 5M

K(65º C) 20

Factor de Corrección K() para máquinas eléctricas

Norma IRAM 2325

Factor de Corrección K() para cables

Norma IRAM 2325

M3341000

13200x8.0)Cº20(RA

kVA1000S

kV2.13U

N

N

N

NA

S

UC)Cº20(R

)1(4)20()( nmínimaa UCR ][kVUn

Resistencia aislación mínima:

][ MRa

Ra(mínima): Resistencia aislación mínima obtenida en el ensayo (1 minuto) y

referida a 20ºC

Ejplo: Un=380V Ra(mínima)=4(0.38+1)=

Para transformadores de potencia nominal 100kVA, se recomienda la

siguiente fórmula:

5.5[M ]

Resistencia aislación máquinas eléctricas

1

2

3

Resistencia aislación instalación eléctrica

Resistencia aislación instalación eléctrica

Resistencia de Aislación y

Puestas a Tierra (seguridad )

Puestas a Tierra

Resistencia aislación INSTALACIÓN ELÉCTRICA

R=2000

I=100mA

R =1

200 V

1 V

R R

R R

Puestas a Tierra: Funciones básicas, seguridad personal

Resistencia aislación INSTALACIÓN ELÉCTRICA

PUESTA A TIERRA

Cuando utilizar el

borne GUARDA?

Medición de RA en un Transformador

G L E


RAB: Resistencia de aislación entre primario y secundario

RAT: Resistencia de aislación entre primario y carcasa

RBT: Resistencia de aislación entre secundario y carcasa

A B

RAB

RAT RBT


Medición de RA en un transformador

Simulación con Pspice

RAB

RAT

RBT

3000 M

187,5 M

Medición de RA en un Transformador (Sin hilo de Guarda)

1,333mA

Tierra

Linea

Guarda

IT

Earth

Line

Guard IG

Im

A B

RAB

RAT RBT

Medición de RA en un Transformador (Con hilo de Guarda)

tI

abI

btI atIAI



Earth

Line

Guard


20,00

26,67

20,00

27,78

20,00

27,22

20,00

27,22

20,56

26,67

20,00

25,56

18,89

26,67

20,00

26,67

19,44

ºC

Medición de RA en un MOTOR ELÉCTRICO

Medición de RA en un MOTOR ELÉCTRICO

Errores Sistemáticos

Instrumentos de IPBM

I.P.B.M.: ERRORES SISTEMÁTICOS

• Variación de la temperatura Modificación de la constante motora

-0,02%/ºC

Modificación de la constante elástica

+0,04%/ºC

Variación de la resistencia de la bobina

-0.4%/ºC

C

%

C

%

C

%

C

% 38,04,004,002,0 oooo

CºG

rK

aR

•Estabilidad del imán

•Influencia de los campos magnéticos externos

•Aparición de efectos termoeléctricos

CCu 310.4

CMn 610.6

IPBM: Errores Sistemáticos

I I s

R s

Ra

aI

Cu

Mn

Ra y Rs distintos por t ºC (por tener ≠)

R R ra

)1()1( trtRR MnCua

tRRRR Cua .

tCurR

R

RR

a

a

I I

I a

s I

r

R

Ra

s


aRr 9

tt CuCuRR

R

RR

aa

a

1,09

C

%

C

%

C

%

C

% 38,04,002,004,0 oooo

Kr G Ra

0.04 -0,02


INSTRUMENTOS

DE HIERRO

MOVIL

I

I

f

FIGURA 1FIGURA 1

Hierro móvil: tipo atracción

Hierro móvil:principio de funcionamiento Hierro móvil: tipo atracción

N S N S

A B C

Hierro móvil: tipo atracción

Hierro Móvil: Tipo Repulsión

Hierro móvil: tipo repulsión

- +

- +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Hierro móvil: tipo repulsión

M

i1 i2

11 1 1 1

diE i R L

dt dti1

2

1 1

1

2W L I

Hierro móvil: Ley de deflexión

d

dWCm

2N AL

l

W L i 12

2.

C imdWd

dLd

12

2.

C Cdm

12

2

KdLdr

i .

12

2

K efdLdr

I .

c.c.

c.a.


i I t 0 . sen .

12 0

2 2dLd I t. sen .

12 0

2 12 1 2dL

d I t[ ( cos . )]

12 0

2 12

12 0

2 12 2dL

ddLdI I tcos .

12 0

2 12

12

2dLd

dLd efI I

0

2. 2

0

f ( ),l .2 5

f ( ),l . 4

f ( ),l .70 7

f ( ),l 5

1

20 l

A


N.I= 200 a 300 Av.

1 A 300 vueltas

100 mA 3000 vueltas

A

mA

• Amperímetros

• Voltímetros

Límite inferior: 100 mA

Hierro móvil: Aplicaciones

• Temperatura

Variación de la resistencia de la bobina

Variación de los elementos mecánicos

• Campos magnéticos externos

• Errores debido a la variación de la frecuencia

Variación de la impedancia de la bobina

Efectos desmagnetizantes

• Error por forma de onda

Hierro móvil: Errores

INSTRUMENTOS

ELECTRODINAMICOS

3 x 380 V

2 x 100/5 A

INSTRUMENTO ELECTRODINAMICO

i1

Energía almacenada en dos bobinas acopladas

Electrodinámico: Ley de deflexión

L1 L2

Con la LL2 abierta i2=0, al cerrar L1, la i1 variará de 0 a I1

e1

e2

dt

diLRie 1

1111

dt

diiLiep 111111

2

11

I

01111

t

0

11

t

0111 IL

2

1diiLdti)

dt

diL(dtieW

111

2

111 IL2

1W

abierto Abierto-cerrado

0i2

M

i1 i2

dt

diM

dt

diM

dt

diLe 221

11 2 1 22 2 2

di di die = L +M L

dt dt dt

21

2

222 IIMIL2

1W

Energía almacenada en dos bobinas acopladas

Electrodinámico: Ley de deflexión

cerrado Abierto-cerrado

1Ie1

e2

22

212

22112 idt

diLI

dt

diMieIep

21

2

22

2

1121 IMIIL2

1IL

2

1WWW

L1 L2

mfmmff iiMiLiLW ..2

212

21

Ley de Deflexión

C Cm d

CmdWd

C i im

dMd f m .

1K

dMd f mr

i i.

1K

dMd f mr

I I. . cos

c.c.

c.a.

1K

dMd f mr

i i.

i I tf fmax . sen( )

i I tm mmax sen

C I I t tmdMd f mmaxmax

sen .sen( )

C I I tmdMd f mmaxmax

1

22cos cos( )

cosII2

1C

maxmfddM

m max

Ley de Deflexión

1K

dMd f mr

I I. .cosd

dM

?

c

B

B.

F.

c max mN sen

max

90o

c max mN cos( )90o


senMM maxi

senN

i f

mmax

f

c

1

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60

1

0.5

0

0.5

1

M

d

dM

1

K

dM

d f mr

i i. . cos

K U Ic. . .cos

IKI.I

1K '2`


cteddM

I

1ddM

senMM max

Aplicaciones

Miliamperímetros

B.F.

B.M.

I f =I mI=

mA

1

K

dM

d f mr

i i. . cos

1 2

KdMdr

i

A

B

A

B 1

B

B.F.

B.M.

R d Rd 1

R d

Aplicación: voltímetros

V

1

K

dM

d f mr

i i. . cos

i URtotal

K U. 2

Aplicación:

Vatímetros, Varímetros,

Cofímetros y

Frecuencímetros

Aplicación: vatímetros

W

1

K

dM

d f mr

i i. . cos

U

K U Ic. . .cos

I f

I m I c Z c

A

C

I f

I m I c Z c

A

C

mI

fI

Aplicación: vatímetros

* U I

Rd

B.M.

B.F.

*

Corriente Bobina Móvil: 15 a 20 mA

Corriente Bobina Fija=20 A (máx)

Tensión Máxima= 450 V.

U

P U Im . .cos( )

P U I . .cos

PP

P P

P

U I U I

U Im . .cos( ) . .cos

. .cos

PP

cos .cos sen .sen cos

cos

1sen.tgcosPP

cos 1

sen PP .tg

fI

mI

Vatímetros:error de fase

PP .tg

Vatímetros: error de fase

Fórmula válida para en radianes

Si lo expresamos en minutos:

0003.0000297.060º.360

2'1

tgPP '.0003.0

% 0.03 '.PP

tg

%P

P

VARIACIÓN DEL ERROR PORCENTUAL EN FUNCIÓN DE PARA

UN ANGULO DE ERROR =5’-20’- 30’ - 40’ -50’

f 5 x , ( )

f 20 x , ( )

f 30 x , ( )

f 40 x , ( )

f 50 x , ( )

10 20 30 40 50 60 70 80 0

2

4

6

8

10

5’

50’

Compensación del Error de Fase

I f

I m

IC

C

ZC

1

2 2

m

R

LC

R

Lm

I m

IC

C

Lm

Compensación del Error de Fase

2

2

m2v)RC(1

CRLj

)RC(1

RkRZ

Cj

1R

1

Cj

1RX//R c

2

2

22 )RC(1

CRj

)RC(1

R

1)RC(

RCj1(R

1)RC( 2

CRLjRkRZ 2

mv

)1k(RZv

2

m

R

LC

cmv X//RLjkRZ

kR

R

U

I x

I m

I v

U BC

U AB

I m

Compensación del error de fase

I f

I m

I v

I X

I c Z c

A

B

C

I f

I m

I v

I X

I c Z c

A

B

C

W

U

I U

Vatímetros: Verificar consumo propio

v

cpR

UP

2

L

I f

Im

Ic

N

I I If m c

H NI NIm c

Vatímetro compensado:

H NI NI NI NIm c m c

Compensación consumo propio

PRECAUCIONES

EN EL USO DEL

VATÍMETRO

Vatímetros: precauciones

b) Respetar polaridad!

W

U

I U

a) Verificar alcances Un e In


U

Un=250 V

In=5 A

P Wm 1250

P U Imax n n diseñ o . cos

250 V

max

maxw

PC

Bobina amperométrica abierta!

Vatímetro quemado!!

A 48 A

1200 . .cos 250.48.cos cos 0.1c c c cP W U I

250 V


A 4 A

1200 . .cos 250.4.cosc c cP W U I

250 V


A W

U

Zc

a) Alcance de Corriente= In

b) Alcance de Tensión = Un

c) cosdiseñ o Un=250 V In=5 A cosdiseñ o 1


P Wmax 1250


W

U

I U

Verificar!!

VATÍMETROS DE

BAJO FACTOR DE

POTENCIA

Transformador

Monofásico a

ensayar

W A Variac

I10 P10

Tablero

220 V-50 Hz

L1

Medición de Potencia Activa en cargas

con Bajo Factor de Potencia

Un =250 V

In = 1 A

1cos d

div125

Pn=250 W

Vatímetros de Bajo Factor de Potencia

Pm=12 W

U=250 V

I=1 A

1.0cos d

div125Pm=12 W

div6med

div

W2Cw

Pn=25 W

div

W2.0Cw div60med

cos =1

cos =0.1

Vatímetros bajo factor de potencia


Un=250 V

cos , c 0 1

In=1 A

max div 125

cosc 1a)

b)

cos . . .d 0 1 0 2 0 25a)

b) 1

KdMd f mr

I I. . cos

P W max 250

P W max 25

div

W2Cw

div

W2.0Cw

VARÍMETROS

ELECTRODINAMICOS

Aplicación: varímetros

90

1

K

dM

d f mr

i i. . cos

1K

dMd f mr

i i. .senI

U

Im

• La tensión compuesta es

igual :

3.U f

• El desfasaje entre una

tensión compuesta y una

simple ambas

concurrentes en un

mismo vértice es de 30º

•La tensión simple que

determina un conductor de

línea está en cuadratura con

la tensión compuesta

determinada por los otros

dos conductores .

Propiedades Sistema Trfiásico

1

2 3 • Las tensiones simples están

defasadas entre sí 120º.

0

U12

U23

Potencia Reactiva Monofásica: Medición con Vatímetro

3

2

1

C

V 10

V 30

W

P1(23)

1

2

3

0

V23

90º -

Carga Inductiva

Ic

Ic

*

*

)º90cos(23 IVPm

3

mc

PQ

23mP V I sen

V 10

V 30

V23

90º -

Ic

V23

90º +

W

P1(23)

1

2

3

0

Ic

*

* *


)º90cos(23 IVPm

3

mc

PQ

Carga Inductiva

Invirtiendo bobina voltimétrica

V 10

V 30

V23 90º -

Ic

90º -

W

P1(23)

1

2

3

0

Ic

*

* *


)º90cos(23 IVPm

3

mc

PQ

Carga capacitiva

I m

I R

I v

U AB

U BC

U AC

X.Iv

I R

Aplicación: varímetros

I f

I m

I v

I R

I c Z c

A

B

C

I f

I m

I v

I

I c Z c

A

B

C

I f

I m

I v

I

I c Z c

A

B

C

I f

I m

I v

I

I c Z c

A

B

C

LOGOMETROS

ELECTRODINAMICOS

Cofímetros

B

B.

F.

c max mN sen

max

90o

c max mN cos( )90o

LOGÓMETRO ELECTRODINÁMICO

B 2

B 1

senKd

dM2

cosKd

dM1

c

senMM max1

cosMM max2

Aplicación: fasímetros

c

I 2

U

R 1 X L

Z C

I m

U I f

I f

I 1

I 2

I 1

coscos.I.I.KC 1f1m1

senKd

dM2

cosKd

dM1

sencos.I.I.KC 2f2m2


c

U I f I

2

I 1

90

cos .sen sen .cos

tg tg

C Cm m1 2

coscos.I.I.KC 1f1m1

sencos.I.I.KC 2f2m2

cos .sen sen .cos

tg tg

C Cm m1 2


Cos

LOGOMETROS

ELECTRODINAMICOS

Frecuencímetros

Aplicación: frecuencímetros

U

I 1

I 2

2

1

1

2o

I

50

Hz

I o

I o

I 1

I 2

U

coscos.I.I.KC 101m1

sencos.I.I.KC 202m2

22

11

cosI

cosItg


50

I

I o

1

I 2

Hz

I o

I o

I 1

I 2

U

f = 50 Hz tg 1

2121 coscosII

f=50Hz

22

11

cosI

cosItg

I

Hz

50

65

45

45º

22

11

cosI

cosItg


I

I o

1

I 2

U

Frecuencímetros a lengüetas

INSTRUMENTOS

ELECTRODINAMICOS

ERRORES SISTEMÁTICOS

Errores sistemáticos

Campos magnéticos externos.

Variación de la temperatura.

a) Variación de la Cd.

b) Amperímetros modifica

distribución de Im e If.

Influencia de la variación de la

frecuencia.

1) Temperatura:

• En los voltímetros:Variación de la resistencia de las bobinas, modificando la proporcionali-dad entre tensión y corriente. Resistencia multiplicadora se construye demanganina.

• En los amperímetros: Modificación de la distribución de las corrientes en las ramas en paralelo(conexión paralelo entre Bm y Bf).

• En los resortes de la Bm: Modificación de la constante elástica de los mismos.


2) Frecuencia:

a) Acoplamiento con partes metálicas:

Las piezas metálicas de los instrumentos actúan como el

secundario de un transformador (debido al campo magnético

principal). Las corrientes inducidas en las partes metálicas

producen un campo de tipo desmagnetizante, y por lo tanto una

disminución de la indicación.

b) Variación en las reactancias:

En la bobina voltimétrica: (Bm) y en los voltímetros, si aumenta

la frecuencia aumenta al impedancia y disminuye Im con lo que

el instrumento indicará de menos. Si la frecuencia disminuye el

instrumento indicará de más.

Para minimizar los errores sistemáticos en los voltímetros y

wattímetros la resistencia multiplicadora Rd se hacen de a-

rrollamientos antiinductivos..



Campos magnéticos externos:

a) Blindaje:

Se coloca el sistema de medición en un dispositivo de forma cilíndri-

ca.

El cilindro se fabrica en chapas delgadas de alta permeabilidad, lami-

nadas en forma que el espesor llegue a unos cinco milímetros.

La laminación se efectúa para disminuir las corrientes parásitas de

acoplamiento.

Instrumento astático

H f 1

H f 2

H m

1

H ext

m H

2

I f

I m

INSTRUMENTOS DE IMAN PERMANENTE Y BOBINA MOVIL …

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