UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL LICENCIATURA EN INGENIERÍA INDUSTRIAL LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS 2.1 EXPERIMENTO N°13 VOLTAJE Y CORRIENTE EN CA, PARTE I
ESTUDIANTE:
GRUPO:
PROFESOR: ING. ÁNGEL HERNÁNDEZ
FECHA DE ENTREGA LUNES 18 DE SEPTIEMBRE DE 2017 HORA: 8:40 A.M. – A.M. – 10:20 10:20 A.M.
INTRODUCCIÓN En este laboratorio estudiaremos una onda senoidal de corriente alterna, el voltaje y la potencia. Observaremos la máxima potencia instantánea, la media y la mínima suministradas a la carga que se indican en el procedimiento. Aprendiendo así los valores efectivos de corriente y voltaje de la corriente alterna (CA).
ANEXO N°1 CÁLCULOS Y GRÁFICAS DEL PROCEDIMIENTO Problemas de la Página (13-4) a la Página (13-5) Problema #1 – Figura (13-1) – Página (13-3) Suponga que el generador de c-a de la Figura (13-1) tiene una salida de onda senoidal en sus terminales A y B. El valor pico del voltaje de salida es 100 volts. a) En la gráfica de la figura 13-2, trace la onda senoidal del voltaje a intervalos de 15° (empezando desde 0° hasta 360°) b) Trace una curva continua que pase por lo puntos graficados e identifique esta curva de voltaje con la letra “e”.
Problema #2 – Figura (13-1) – Página (13-3) De acuerdo con la gráfica que hizo, lea los valores de voltaje instantáneo (v) de cada uno de los siguientes ángulos. Anote las lecturas e indique si la polaridad es positiva o negativa. Rotación Amplitud Voltajes Instantáneos Angular de onda Solicitados 20 0.34 + 34 40 0.64 + 64 80 0.98 + 98 220 0.64 - 64 310 0.76 - 76 350 0.17 - 17
Problema #3 – Figura (13-3) – Página (13-4) Si una resistencia de carga de 2 ohms se conecta a las terminales del generador (como se indica en la Figura 13-3), se tendrá un flujo de corriente. Si se conoce la polaridad del voltaje instantáneo y el valor de e cada 30° (tomado de la sección de la EXPOSICIÓN) y, aplicando la ecuación i =e/R, calcule y anote el valor de la corriente instantánea cada 30°. Recuerde que también debe indicar la polaridad de la corriente (su sentido). Ángulo 30°
Corriente
=
= = 25.00 Ω
60°
= = . = 43.30 Ω
90°
= = = 50 Ω
120°
= = . = 43.30 Ω
150°
= = = 25.00 Ω
180°
= = Ω = 0
210°
= = − = 25.00 Ω
240°
= = −. = 43.30 Ω
270°
= = − = 50.00 Ω
300°
= = −. = 43.30 Ω
330°
= = − = 25.00 Ω
360°
= = Ω = 0
Problema #4- Figura (13-2) – Página (13-4) Marque los valores de la corriente en la gráfica. Luego trace una curva continua a través de estos puntos y marque esta curva de corriente con la letra “i”.
Problema #5 – Figura (13-3) – Página (13-4) Considerando que la potencia eléctrica(watts) es el producto del voltaje por la corriente, calcule la potencia instantánea (p) suministrada a una resistencia de 2 ohms, cada 30°. Ángulo
Potencia
0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°
= ∗ = 00 = 0 = ∗ = 50 25 = 1250 = ∗ = 86.60 43.30 = 3750 = ∗ = 100 50 = 5000 = ∗ = 86.60 43.30 = 3750 = ∗ = 50 25 = 1250 = ∗ = 00 = 0 = ∗ = 50 25 = 1250 = ∗ = 86.60 43.30 = 3750 = ∗ = 100 50 = 5000 = ∗ = 86.60 43.30 = 3750 = ∗ = 50 25 = 1250 = ∗ = 00 = 0
Problema #6 – Figura (13-2) – Página (13-4) Marque los puntos de la potencia instantánea en la misma grafica (use la escala derecha, o5000 watts). Luego trace una curva continua por los puntos marcados e identifique esta curva de potencia con la letra “p”.
Gráfica de los Problemas #1, #4 y #6 – Figura (13-2)
Figura 13-2 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
100.0000 S O E 80.0000 N A T N 60.0000 A T S N I ) 40.0000 E R E P M 20.0000 A ( S E T 0.0000 N E 0 I R R -20.0000 O C O ) -40.0000 S T L O V -60.0000 ( E J A T L -80.0000 O V
-100.0000
5000.00 4000.00 3000.00 2000.00 1000.00 0.00 30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360 -1000.00 -2000.00 -3000.00 -4000.00 -5000.00
ROTACIÓN ANGULAR EN GRADOS voltajes instantáneos
corriente instantánea
Potencia
) S T T A W ( A E N A T N A T S N I A I C N E T O P
ANEXO N°2 CÁLCULOS, SOLUCIÓN Y GRÁFICAS DE LAS PRUEBAS DE CONOCIMIENTOS Preguntas de la Página (13-5) a la Página (13-6) 1. Se considera que un ciclo completo se extiende a lo largo de 360°.
a) En un sistema de 50 Hz, ¿Cuál es la duración de un ciclo completo? R/. 50 ciclos por segundo [0,02]
•
b) ¿Cuál es la duración de medio ciclo? R/. 25 ciclos por segundo [0,01]
•
c) ¿Cuánto tiempo dura un intervalo de 90°? R/. 12,5 ciclos por segundo [0,005]
•
2. En el espacio proporcionado a continuación, dibuje la forma de onda de una línea de alimentación estándar de 120 V c-a. en el dibujo indique el número exacto de ciclos que se producen durante 1/10 de segundo. 140.0000 120.0000 100.0000 80.0000 o e n á t n a t s n I ) e ( e j a t l o V
60.0000 40.0000 20.0000 0.0000 -20.0000 0
30
60
90
120
150
180
210
240
-40.0000 -60.0000 -80.0000 -100.0000 -120.0000 -140.0000
Rotación Angular en Grados
270
300
330
360
Como sabemos que sesenta ciclos suceden en un segundo, establecemos lo siguiente:
60 = 0.10 1 60 0.10 = 1 = El número exacto de ciclos que obtendremos será 6 ciclos.
3. La línea de alimentación estándar tiene un valor rmc de 120V. Calcule su valor pico.
120 = = 0.707 0.707 = . 4. Una lámpara incandescente de 100 watts da cierta cantidad de luz cuando se conecta a una línea de 120V c-a. ¿aumentara, disminuirá o permanecerá igual sus brillantes cuando la misma lámpara se conecte a una línea de 120V c-d? Explique su respuesta. R/. Aumentará los brillantes, ya que la potencia es directamente proporcional con el voltaje, y el voltaje al ser mayor que la potencia, la potencia aumentará. 5. ¿Cuánto tiempo se necesita para que el voltaje pase de cero al máximo en una línea de energía de 60 Hz? R/. En un sistema de 60 Hz (un ciclo se completa cada 360°), si en 90 grados, el voltaje pasa de cero al máximo como pudimos observar en la figura (13-1), entonces el tiempo que se necesita para que el voltaje pase de cero al máximo en una línea de energía de 60 Hz, es:
1⁄ = 60 90° 360° 1 ( ⁄ )90° = 60 360° = .
6. En una línea de alimentación de 60 Hz, ¿Cuál es la duración de la porción positiva de un ciclo completo? R/. Son 30 ciclos que equivalen a 0.008333 segundos 7. ¿Cuál es el valor efectivo de una onda sinodal de c-a que tiene un valor máximo de 4 amperes de pico?
= 0.707 = 4 0.707 = .
8. Explique con sus propias palabras lo que significan los términos: corriente efectiva y voltaje efectivo. R/. Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia. 9. ¿Qué otro termino que tenga el mismo significado se utiliza para voltaje efectivo o corriente efectiva? R/. Voltaje rms y corriente rms, (raíz media cuadrática). 10. En un circuito de c-a que contiene una carga de resistencia: a) ¿llega la corriente a su valor máximo de pico en el mismo instante que el voltaje? R/. Sí, y esto lo podemos comprobar al ver la Figura 13-2. b) ¿llega la corriente a su valor mínimo en el mismo instante que el voltaje? R/. Sí, y esto lo podemos comprobar al ver la Figura 13-2. 11. En una onda sinodal: a) Indique el ángulo o ángulos en que la amplitud aumenta a mayor velocidad. R/. 90 y 270 grados. b) Indique el ángulo o ángulos en que es momentáneamente constante la amplitud. R/. 0, 180 y 360 grados
CONCLUSION Podemos concluir que:
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa. Una frecuencia de línea es el número de veces que se produce un cambio completo en la polaridad o sentido (un ciclo) en un segundo. De todas las ondas que se pueden obtener (ondas cuadradas, triangulas y en cualquier otra forma), por los voltajes alternos que invierten periódicamente su polaridad, hay una clase de ondas de formas que es la apropiada para hacer funcionar maquinaria eléctrica, ésta es la “Onda Senoidal”.
Con esta clase de onda los transformadores, motores y generadores, trabajan más eficiente y silenciosamente. Siempre una onda senoidal de voltaje produce una onda senoidal de corriente.
BIBLIOGRAFÍA
Experimentos con Equipos Eléctricos Wildi y De Vito
