ELECTROTECNIA ELECTROTECNIA
UNMSM UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Informe Previo #7 Tema: “Circuitos en corriente alterna –Uso del Osciloscopio Apellidos
: Juño Garcia
Nombres
: Jhonatan Alexander
Código
: 12190016
Grupo 4
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ELECTROTECNIA I.
Fundamento Teórico
Corriente eléctrica. Se llama corriente eléctrica, al paso ordenado de electrones a través de un conductor. Pero se puede hacer que estos electrones pasen siempre en la misma dirección (corriente continua) o que cambien el sentido de paso e incluso que varíe la cantidad de electrones que pasan cada vez (corriente alterna).
Corriente continua (c.c.)
Corriente alterna (c.a.)
Según sea el receptor que queremos alimentar debemos utilizar una u otra. La conversión de corriente alterna en continua o viceversa es muy fácil con los sistemas electrónicos actuales. La inmensa mayoría de aparatos electrónicos utilizan la corriente continua ya que deben controlar el paso de los electrones de una forma muy selectiva. Sin embargo la mayor parte de la producción y transporte de la corriente es alterna, por lo que se debe transformar la corriente alterna en continua.
Generador de señales Un generador de señales es un instrumento que proporciona señales eléctricas. En Concreto , se utiliza para obtener señales periódicas (la tensión varía periódicamente en el tiempo) controlando su periodo (tiempo en que se 2
ELECTROTECNIA realiza una oscilación completa) y su amplitud (máximo valor que toma la tensión de la señal). Típicamente, genera señales de forma cuadrada, triangular y la sinusoidal, que es la más usada. Sus mandos de control más importantes son: -Selector de forma de onda (cuadrada, triangular o sinusoidal) (Fig. 1, nº 1). -Selector de rango de frecuencias (botones) y de ajuste continuo de éstas (mando rotatorio) (Fig.1, nº 2). La lectura de la frecuencia en el mando rotatorio es tan sólo indicativa. La medida de tal magnitud debe realizarse siempre en el osciloscopio. -Mando selector de amplitud sin escala (Fig. 1, nº 3). La amplitud debe medirse en el osciloscopio. -Atenuador de 20 dB, que reduce en un factor 10 la amplitud de la señal generada (no en todas las fuentes). Este mando suele encontrarse en la parte trasera del generador. -Mando DC-offset, que permite ajustar el nivel de continua de la señal. Este mando suele encontrarse también en la parte trasera del generador. El generador presenta dos salidas con conectores tipo BNC: la salida de la señal (OUTPUT) (Fig. 1, nº 4) y otra salida que da una señal estándar llamada TTL (es una señal cuadrada de control) (Fig. 1, nº 5).
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ELECTROTECNIA Onda senoidal En corriente alterna, la tensión varía continuamente en el tiempo, tomando valores positivos y negativos. La forma más común de corriente alterna es la senoidal. Se debe a que los generadores de electricidad más utilizados producen corriente con esta forma. Por otro lado, la corriente alterna, es más fácil para transportar a lo largo de grandes distancias que la corriente continua. Otra ventaja importante frente a la corriente continua es que la alterna puede ser fácilmente convertida entre distintos valores de tensión, ya sea aumentándolos o disminuyéndolos, a través de transformadores.
Expresión general – Valor instantáneo A través de la expresión general de una señal alterna se puede obtener el valor que tiene la tensión en un determinado instante de tiempo. Esta magnitud se denomina valor instantáneo y varía con el tiempo. El valor instantáneo se lo calcula como el valor máximo multiplicado por el seno del ángulo en un determinado instante. Dado que la función seno toma valores entre -1 y 1, el valor instantáneo alcanza sus máximos y mínimos cuando el ángulo vale 90 y 270 grados respectivamente (½ π radianes y ¾π radianes).
V i=V max ∙ sin ( α )
Vmax =Valor máximo α = Angulo
El ángulo en un determinado momento se calcula como la velocidad angular (angulo recorrido por unidad de tiempo) multiplicada por el tiempo. Se suma un valor de fase, que es distinto de cero en los casos en que se tenga un valor inicial. Por lo tanto la expresión para calcular el valor instantáneo es:
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ELECTROTECNIA V i=V max ∙ sin ( ωt +ϕ )
V = Tensión instantánea
Vmax =Valor máximo ω = Velocidad angular t = Tiempo Φ = Fase inicial Valor Máximo (Vmax)
II.
Cuestionario Previo
Definir la corriente Continua y la corriente alterna. Ejemplos La corriente continua o corriente directa.- es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. Las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continúa con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma
polaridad. Esta corriente esta corriente es la que producen y acumulan las pilas, baterías, celdas solares.
La Corriente alterna (CA ó AC en inglés).- a la corriente eléctrica que cambia repetidamente de polaridad. Esto es, su voltaje instantáneo va cambiando en el tiempo desde 0 a un máximo positivo, vuelve a cero y continúa hasta otro máximo negativo y así sucesivamente. La corriente alterna más comúnmente utilizada, cambia sus valores instantáneos de 5
ELECTROTECNIA acuerdo con la función trigonométrica seno, de ahí su denominación de corriente alterna sinusoidal. A continuación se muestra la forma de onda de esta corriente:
Esta corriente alterna es la que se utiliza para la trasmisión y distribución de energía eléctrica, producida por alternadores.
Explicar los conceptos de ciclo, frecuencia, periodo ángulo de fase, referantes a una señal alterna sinusoidal.
Ciclo Un ciclo completo supone que el voltaje comience en un valor como el cero, alcance el máximo positivo, valga de nuevo cero, alcance el valor máximo negativo y finalmente vuelva a valer cero.
Fase (Φ) La fase es un valor que representa el ángulo inicial de la señal y se mide en radianes o en grados. En el siguiente ejemplo vemos dos señales con distinta fase (desfasadas entre sí ½ π radianes o 90 grados).
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Período (T) El período es la duración de un ciclo completo de una señal alterna. Se mide en segundos (con sus prefijos correspondientes).
Frecuencia (f) Es la inversa del período y corresponde a la cantidad de ciclos por unidad de tiempo de una señal alterna. Se mide en Hertz.
¿Qué es el valor eficaz, de pico, y de pico a pico de una señal de corriente (a voltaje de c.a.). Explique las relaciones entre estos parámetros. Valor de pico (Vp):
es el valor de cresta que alcanza la corriente alterna, puede ser positivo o negativo, también se le conoce como valor maximo (Vmax). Para la tensión de la red es:
V p=V ef ∙ √ 2
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ELECTROTECNIA Valor de pico a pico (Vpp):
es la diferencia entre la cresta que alcanza como máximo (valor máximo)y la mínima cresta. También es el doble del valor pico:
V pp=2 ∙V p
Valor eficaz (Vef) El valor eficaz de una corriente alterna es una de sus magnitudes más importantes. Dado que una señal alterna varía en el tiempo, no entrega la misma energía que una corriente continua con el mismo valor que el máximo de la alterna. El valor eficaz es el equivalente en la alterna al de una corriente continua que produce el mismo calor (es decir provee la misma energía). Si la señal alterna tiene forma senoidal, el valor eficaz se calcula como:
V ef =
Vp √2
El Osciloscopio. Descripcion y usos. El osciloscopio es basicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales electricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo. El osciloscopio tien basicamente estos usos:
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
Localizar averias en un circuito.
Medir la fase entre dos señales.
Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo. 8
ELECTROTECNIA Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvia un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
Controles posee un osciloscopio típico
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Uso de un osciloscopio Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario deternerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato. Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo. Osciloscopios analógicos
En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.
Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:
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La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.
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La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.
Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.
También deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS. (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz). Osciloscopios digitales Poseen un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.
Ajuste inicial de los controles Después de conectar el osciloscopio a la toma de red y de alimentarlo pulsando en el interruptor de encendido:
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ELECTROTECNIA Es necesario familiarizarse con el panel frontal del osciloscopio. Todos los osciloscopios disponen de tres secciones básicas que llamaremos: Vertical , Horizontal , y Disparo . Dependiendo del tipo de osciloscopio empleado en particular, podemos disponer de otras secciones. Existen unos conectores BNC, donde se colocan las sondas de medida.
La mayoria de los osciloscopios actuales disponen de dos canales etiquetados normalmente como I y II (ó A y B). El disponer de dos canales nos permite comparar señales de forma muy cómoda. Algunos osciloscopios avanzados poseen un interruptor etiquetado como AUTOSET ó PRESET que ajustan los controles en un solo paso para ajustar perfectamente la señal a la pantalla. Si tu osciloscopio no posee esta caracteristica, es importante ajustar los diferentes controles del aparato a su posición standar antes de proceder a medir. Estos son los pasos más recomendables:
Ajustar el osciloscopio para visualizar el canal I. (al mismo tiempo se colocará como canal de disparo el I).
Ajustar a una posición intermedia la escala voltios/división del canal I (por ejemplo 1v/cm).
Colocar en posición calibrada el mando variable de voltios/división
(potenciómetro central). 12
Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales.
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Colocar el conmutador de entrada para el canal I en acoplamiento DC.
Colocar el modo de disparo en automático.
Desactivar el disparo retardado al mínimo ó desactivado.
Situar el control de intensidad al mínimo que permita apreciar el trazo en la pantalla, y el trazo de focus ajustado para una visualización lo más nítida posible (generalmente los mandos quedaran con la señalización cercana a la
posición vertical). Sondas de medida
¿Qué es un condensador? ¿Qué es una bobina? ¿Qué es un tranformador? ¿Para que sirven? Condensador eléctrico es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente. El condensador eléctrico o capacitor eléctrico almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar
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Tipos: -Electrolíticos -Cerámicos -Poliéster -Papel, entre otros.
Bobinas : Una bobina o selenoide es un conductor errollado en espiral sobre uih nucleo neutro, frewcuentemente de material magnetico. En un circuito de corrientealterna, introduce la inductancia que es porporcional al coeficiente de aoutoinduccion (L caracteristico de cada boobina.)La autoinduccion se mide en Henrios (H)
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Transformador. Un transformador es una máquina que aprovecha la característica que tiene la corriente eléctrica de crear campos electromagnéticos y que los campos electromagnéticos crean corriente eléctrica. Consiste en dos bobinas unidas por un núcleo de hierro dulce, laminado, con pequeñas impurezas, para conseguir mejores características frente a la conducción del electromagnetismo. Cuando circula corriente por una de las bobinas esta se transforma en campo electromagnético se transmite por medio del hierro dulce y cuando llega hasta la otra bobina esta convierte en corriente eléctrica. La utilidad del transformador es cambiar de valor la tensión y la corriente de una bobina a la otra.
Describa el método para la medición de voltaje de pico, de pico a pico, frecuencia diferencia de fase en el osciloscopio. Medida de voltajes Generalmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Pero normalmente uno de los puntos esta conectado a masa (0 voltios) y entonces simplificamos hablando del voltaje en el punto A ( cuando en realidad es la diferencia de potencial entre el punto A y GND). Los voltajes pueden también medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Es muy importante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamos midiendo. El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la 15
ELECTROTECNIA intensidad ó la potencia). Los cálculos para señales CA pueden ser complicados, pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes es empezar por el voltaje.
En la figura anterior se ha señalado el valor de pico V p , el valor de pico a pico V pp , normalmente el doble de V p y el valor eficaz V ef ó V RMS (root-mean-square, es decir la raiz de la media de los valores instantáneos elevados al cuadrado) utilizada para calcular la potencia de la señal CA. Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla. Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. (recordar que una subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo que represente una división completa). Es importante que la señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el conmutador del amplificador vertical .
Algunos osciloscopios poseen en la pantalla un cursor que permite tomar las medidas de tensión sin contar el número de divisiones que ocupa la señal. Basicamente el cursor son dos lineas horizontales para la medida de voltajes y dos lineas verticales para la medida de tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla. La medida se visualiza de forma automática en la pantalla del osciloscopio. Medida de tiempo y frecuencia Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio. Esto incluye la medida de periodos, anchura de impulsos y tiempo de subida y bajada de 16
ELECTROTECNIA impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurria con los voltajes, la medida de tiempos será más precisa si el tiempo aobjeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello actuaremos sobre el conmutador de la base de tiempos . Si centramos la señal utilizando el mando de posicionamiento vertical podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa.
III.
BIBLIOGRAFIA:
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http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/electronica_3eso/unida d_3_magnetismo_V1_c.pdf http://departamento.us.es/deupfis1/FEE/practicas/Osciloscopio_ des.pdf http://www.fisicapractica.com/corriente-alterna-senoidal.php http://www.solecmexico.com/electronica/TensionAlterna.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/c ircuitos/electricos/circuitoselectricos.htm http://prof.usb.ve/mirodriguez/osciloscopio.pdf
