Qué es el método de los dos vatímetros y su funcionamiento

Todos los equipos y máquinas eléctricas funcionan suministrando energía eléctrica y disipan grandes cantidades de energía. La potencia suministrada suele medirse en términos de vatios mediante un dispositivo llamado vatímetro. Un vatímetro también se denomina medidor de desviación y se utiliza principalmente en los laboratorios de electricidad. No sólo mide la potencia en términos de vatios, sino también en términos de kilovatios y megavatios. El vatímetro suele constar de dos bobinas «CC» de corriente que suele estar conectada en serie con la corriente de carga y una bobina de tensión/presión/potencial «PC», que suele estar conectada a través del circuito de carga. La potencia eléctrica puede representarse de tres formas: potencia real, potencia reactiva y potencia aparente. El siguiente artículo describe el método de los dos vatímetros en condiciones de carga equilibrada.


¿Qué es el método de los dos vatímetros?

Un vatímetro trifásico de 2 vatios mide la corriente y la tensión de cualquiera de las 2 líneas de alimentación de 3 fases correspondientes a la 3ª línea de alimentación de 3 fases. Se dice que el vatímetro trifásico de 2 vatios se encuentra en una condición de carga equilibrada si la corriente en cada fase se encuentra en un ángulo «φ» con la tensión de la fase.

Construcción del método de los dos vatímetros

La potencia trifásica de un circuito trifásico puede medirse de 3 maneras, que son

  • 3 Método del vatímetro
  • 2 Método del Vatímetro
  • 1 Método del Vatímetro.

El concepto principal del Vatímetro 2 con tensión trifásica es equilibrar la carga trifásica cumpliendo la condición de retraso de la corriente en un ángulo ‘φ’ con la fase de tensión. El diagrama esquemático del vatímetro trifásico de 2 fases se muestra a continuación

Diagrama del circuito

Consta de 2 vatímetros como W1 y W2, donde cada vatímetro tiene una bobina de corriente ‘CC’ y una bobina de presión ‘PC’. Aquí, un extremo del vatímetro ‘W1’ está conectado al terminal ‘R’, mientras que un extremo del vatímetro ‘W2′ está conectado al terminal ‘Y’. El circuito también consta de 3 inductores «Z» construidos en topología de estrella. Los 2 extremos de los inductores están conectados a 2 terminales de un vatímetro, mientras que el tercer terminal del inductor está conectado a B.

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Derivación del método de los dos vatímetros

El método de los dos vatímetros se utiliza para determinar dos parámetros principales, que son

Considera que la carga utilizada es una carga inductiva que se representa siguiendo el diagrama de fasores que se muestra a continuación.

Diagrama de fasores
Diagrama de fasores

Las tensiones VRN, VYN, y VBN son eléctricamente 120 en fase entre sí, podemos observar que la fase actual se retrasa en la «φ » ángulo con la fase de tensión.

La corriente en el vatímetro W1 se representa como

W1 = IR …….. (1)

donde IR es actual

La diferencia de potencial a través de la bobina del vatímetro W1 viene dada por

W1 = ~ VRB = [ ~ VRN – ~ VBN ] ……… (2)

Donde VRN y VBN son tensiones

La diferencia de fase entre la tensión ‘VYBy la corriente «IY se da como (300 + φ )

Por tanto, la potencia medida por el vatímetro viene dada por

W2 = VYB IY cos ( 300 + φ ) ………….. (3)

En condiciones de carga equilibrada,

IR = IY = IB = IL y ………….. (4)

VRY = VYB = VBR = VL ………… (5)

Por tanto, obtenemos las lecturas del vatímetro como

W1 = VL IL cos( 30 – φ ) y ……………. (6)

W2 = VL IL cos ( 30 + φ ) …………….. (7)

Derivación de la potencia total

La lectura del vatímetro total viene dada por

W1 + W2 = VL IL cos( 30 – φ ) + VL IL cos ( 30 + φ ) ………….. (8)

= VL IL [ cos( 30 – φ ) + cos ( 30 + φ ) ]

= VL IL [ cos 30 cos φ + sin 30 sin φ + cos 30 cos φ – sin 30 sin φ ]

= VL IL [ 2 cos 30 cos φ ]

= VL IL [ (2 √3 / 2 ) cos 30 cos φ]

= √3 [ VL IL cos φ ] ……… (9)

W1 + W2 =P ….. (10)

Donde «P» es la potencia total observada en una condición de carga equilibrada trifásica.

Derivación del factor de potencia

Definición: Es la relación entre la potencia real observada por la carga y la potencia aparente que circula por el circuito.

El factor de potencia en condiciones de carga equilibrada trifásica puede determinarse y derivarse de las lecturas del vatímetro de la siguiente manera

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A partir de la ecuación 9

W1 + W2 = √3 VL IL cos φ

Ahora W1 – W2 = VL IL [ cos( 30 – φ ) – cos ( 30 + φ ) ]

= VL IL [ cos 30 cos φ + sin 30 sin φ – cos 30 cos φ + sin 30 sin φ ]

= 2 VL IL sin 30 sin φ

W1 – W2 = VL IL sin φ ………….. (11)

Dividiendo las ecuaciones 11 y 9

[W1 – W2 W1 +W2] = VL IL sin φ / √3 VL IL cos φ

Tan φ = √3 [W1 – W2W1 +W2]

El factor de potencia de la carga viene dado por

cos φ = cos tan-1 [√3] [W1 – W2 W1 +W2] ………(12)

Derivación de la potencia reactiva

Definición: Es la relación entre la potencia compleja correspondiente al almacenamiento y la reactivación de la energía en lugar del consumo.

Para obtener la potencia reactiva, multiplicamos la ecuación 11 por

√3 [W1 – W2 ]= √3 [VL IL sin φ] = Pr

Pr = √3 [W1 – W2 ] …………. (13)

Donde Pr es la potencia reactiva obtenida de 2 vatímetros.

Tabla del método de los dos vatímetros

Las observaciones del método de los dos vatímetros pueden anotarse prácticamente siguiendo la tabla.

S .NOTensión VL (voltios)Corriente IL (amperios)Potencia W1 (vatios)Potencia W2 (vatios)Potencia total P = W1 + W2Factor de potencia = cos φ
1
2
3

Precaución

Las siguientes son las precauciones que hay que seguir

  • Las conexiones deben realizarse de forma estanca
  • Evita el error axial paralelo.

Ventajas de los dos vatímetros

Las ventajas son las siguientes

  • Con este método se puede equilibrar tanto la carga equilibrada como la desequilibrada
  • En una carga conectada en estrella, es opcional conectar el punto neutro y el vatímetro
  • En una carga conectada en triángulo, no es necesario abrir las conexiones para conectar el vatímetro
  • la potencia trifásica puede medirse con dos vatímetros
  • Tanto la potencia como el factor de potencia se determinan en una condición de carga equilibrada.

Inconvenientes del vatímetro doble

Las desventajas son las siguientes

  • No es adecuado para sistemas trifásicos de 4 hilos
  • Los devanados primarios W1 y los secundarios W2 deben identificarse correctamente para evitar resultados incorrectos.
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Aplicaciones del vatímetro doble

Las aplicaciones son las siguientes

  • Los vatímetros se utilizan para medir el consumo de energía de cualquier aparato eléctrico y verificar su potencia nominal.

Preguntas frecuentes

1). ¿Qué es un vatímetro?

Un vatímetro es un dispositivo eléctrico que se utiliza para medir la potencia eléctrica de los equipos eléctricos.

2). ¿Cuáles son las unidades de potencia?

La potencia se puede medir con un vatímetro en una gama de vatios, kilovatios y megavatios.

3). ¿Qué es la condición de equilibrio en un vatímetro trifásico de dos fases?

Se dice que el vatímetro trifásico de 2 fases se encuentra en condición de carga equilibrada si la corriente en cada fase forma un ángulo φ con la tensión de fase.

4). ¿Cuál es la ecuación de potencia del vatímetro trifásico de dos fases?

La ecuación de potencia viene dada por P= √3 VL IL cos φ

5). ¿Cuál es el factor de potencia de un vatímetro trifásico?

El factor de potencia viene dado por cos φ = cos tan-1 √3 [ ( [ W1- W2 ] [ W1+ W2 ] )

6). ¿Cuál es la ecuación de la potencia reactiva del vatímetro trifásico de dos fases?

La potencia reactiva viene dada por Pr = √3( W1- W2 )

Todos los aparatos eléctricos disipan energía cuando se les suministra energía eléctrica, esta potencia puede medirse utilizando un aparato eléctrico llamado vatímetro, que suele medir en vatios/kilowatios/megawatios. La potencia trifásica de un circuito trifásico puede medirse de 3 maneras, utilizando el método del vatímetro 3, el método del vatímetro 2 y el método del vatímetro 1. Este artículo describe el método trifásico de 2 vatímetro en condiciones de carga equilibrada. Esta condición es válida si la corriente en cada fase tiene un ángulo φ con la tensión de fase. La principal ventaja de este método es que puede medir tanto condiciones de carga equilibrada como desequilibrada.

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