INGENIERIA MECATRONICA INTEGRANTES: Franklin Enriquez Fabricio Veintimilla
PERIODO: 16 abril / 16 agosto NRC: 2887 FECHA: 31/07/18
INFORME DE LABORATORIO N°3.1 Inductor y capacitor
“
”
RESUMEN En la siguiente practica de laboratorio, se estudiaran los circuitos RC y RL, y la relación que tienen los voltajes medidos con el multímetro y osciloscopio entonces se construyeron los circuitos en serie necesarios utilizando una fuente de voltaje alterno, se anotaran los datos en tablas y luego se analizaran los resultados con el conocimiento adquirido en clases.
1. OBJETIVOS
Verificar el comportamiento de la bobina y el capacitor en circuitos DC. Verificar el comportamiento de la bobina y el capacitor en circuitos AC. Verificar las combinaciones serie y paralelo de bobinas y capa citores. Familiarizarse con el uso de instrumentos de medida.
2. MARCO TEORICO 2.1 Capacitor
Un capacitor o condensador eléctrico, es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía y liberarla rápidamente. Funciona con un campo eléctrico, que almacena energía lentamente en sus placas, alimentado por su batería durante algunos segundos, para descargarlo rápidamente, en solo algunos milisegundos, como un golpe de látigo (impulso eléctrico).
Los capacitores o condensador de energía eléctrica, se emplean para proveer proveer intensas pulsaciones eléctricas, de láser, como también para producir campos eléctricos como es el caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas cargadas. En los circuitos electrónicos, los capacitores se usan para manipular voltajes y corrientes variables con el tiempo. Un capacitor está cargado, cuando existe una carga
eléctrica en sus placas o cuando existe una diferencia de potencial entre ellas. Se cargan mediante una fuente de fuerza electromotriz fem. Después de un tiempo relativamente corto de carga, el capacitor adquiere una carga eléctrica y por lo mismo tendrá una diferencia de potencial entre sus placas. 2.2 Inductor El nombre indica que es un componente eléctrico que produce inducción. Conc retamente, induce un campo magnético cuando es atravesado por una corriente. También se le llama bobina o solenoide. En principio, cualquier conductor podría usarse para construir una bobina. Se elabora enrollando alambre conductor en círculos, dando varias vueltas, de modo de formar un helicoide. Para evitar que el alambre enrollado entre en cortocircuito al hacer contacto consigo mismo al enrollarse, se emplea alambre esmaltado en la confección del inductor. Cada vuelta que el alambre efectúa se llama espira. Funcionamiento
Cuando circula una corriente por las espiras, se induce un campo magnético que atraviesa el cilindro helicoidal en su longitud, y también en el exterior del solenoide. Esto se conoce como ley de Faraday. La capacidad inductiva de una bobina se puede medir a través de un parámetro propio de la misma llamado auto inductancia, o sencillamente inductancia. Cuando una bobina interactúa magnéticamente con otras, se produce un fenómeno llamado inductancia mutua, a tener en cuenta en algunos circuitos. Se puede mejorar la inductancia de una bobina si las espiras están arrolladas alrededor de un núcleo de material ferromagnético. En corriente continua, lo que más se aprovecha de los inductores es la capacidad magnética, en tanto que en corriente alterna, y en regímenes de señales eléctricas variables, se aprovecha el comportamiento del inductor como variador de la señal eléctrica en el tiempo.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
Generador de señales Fuente DC. Osciloscopio. Protoboard Multímetro Cables conductores Resistencias, bobinas y capacitores.
4. PROCEDIMIENTO Construya en el protoboard el circuito mostrado en la Figura 1.
Utilice el osciloscopio para observar el voltaje variando la frecuencia entre los valores de 0, 10, 50, 100, 500, 1000 . Anote los valores pico de las ondas observadas.
.
Utilice un multímetro para medir el voltaje variando la frecuencia entre los valores de 0, 10, 50, 100, 500, 1000 Anote los resultados.
Utilice un multímetro para medir la corriente que atraviesa la resistencia variando la frecuencia entre los valores 0, 10, 50, 100, 500, 1000 . Anote los resultados.
100 Ω
10 Vp Frecuencia Variable
O
+ 10 μF 10 μF
Vo O
Figura 1. Construya el circuito mostrado en la Figura 2
100 Ω
O
10 Vp Frecuencia Variable
+ 100 mH
100 mH Vo O
Figura 2. Realice las mismas mediciones de los ítems del numeral anterior y presente los resultados
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Para cada uno de los circuitos anteriores, elabore una tabla con los resultados de las diferentes mediciones de voltaje realizadas con el osciloscopio, multímetro y las calculadas en el trabajo preparatorio. Compare y comente los resultados obtenidos tomando en cuenta las distintas frecuencias utilizadas. Voltaje de pico = 10 [V] Capacitores f [Hz]
Multímetro
I Resistencia
V Resistencia
[V]
[mA]
[V]
Vₒ
Vₒ
Osciloscopio [V]
0
0
0
0
0
10
6.28
7.32
5,2
0,81
50
5.98
5.45
33
3,05
100
4.24
3.86
42
4,05
500
0.81
0.98
48,5
4,63
1000
0.43
0.48
49,7
4,71
Inductores f [Hz]
Multímetro
I Resistencia
V Resistencia
[V]
[mA]
[V]
Vₒ
Vₒ
Osciloscopio [V]
0
0
0
0
0
10
0,20
0.17
35,7
3,53
50
2.37
2.07
35,95
3,59
100
3.35
3.05
35,51
3,55
500
4.80
4.79
27,11
2,7
1000
5.69
5.89
18,35
1,8
En cada uno de los circuitos anteriores, utilice los resultados de las mediciones de
=
corriente y el voltaje realizados con el multímetro para calcular la reactancia
en
cada una de las frecuencias y también para calcular los valores de y según sea el caso. Anote los resultados en una tabla haciendo constar también las frecuencias. Comente los resultados.
=
Reactancia Circuito RC: [V]
[A]
XC
Ceq 20 μf
0
0
7.32
0.0052
1407.69
5.45
0.033
165.15
3.86
0.042
91.91
0.98
0.0485
20.21
0.48
0.0497
9.66
Reactancia Circuito RL [V]
[A]
XL
Leq
0
0
7.32
0.0357
205.04
5.45
0.03595
151.60
3.86
0.03551
108.70
0.98
0.02711
36.15
0.48
0.01835
26.16
50 mH
6. PREGUNTAS 1.- Justifique los errores cometidos en las mediciones. Es posible que los errores de mediciones deban a las tolerancias de error propias de los elementos del circuito o a los equipos de medición porque los datos obtenidos si tienden a ser los correctos.
2.- ¿Cómo se comportan la bobina y el capacitor en corriente continua (cero Hz)?
Los capacitores en un circuito de corriente continua pasan por dos fases conocidas como fase de transición y fase de continua. En la fase de estabilización, se producen los fenómenos que se describen en las curvas de carga del capacitor hasta que se estabiliza y pasa a estar en fase continua, en esta fase la intensidad de corriente que atravesaría el capacitor es igual a cero entonces se lo toma como una “ rama abierta” en el circuito.
() = 0 () = () = 0 ;() =
En los inductores al ser la corriente constante la caída de tensión sobre ellos es igual a cero, por lo que lo interpretamos como simplemente un “cable” en el circuito.
() = () = 0 ;() =
3.- ¿Cómo se comportan la bobina y el capacitor en corriente alterna? El comportamiento de los capacitores en corriente alterna dependerá de las funciones que describan su comportamiento en un intervalo de tiempo definido.
() = ()
Entonces se puede representar al capacitor como un elemento pasivo más en el circuito. Al existir una variación de la corriente en un circuito de corriente alterna es posible conocer los valores que pueden tomar la corriente y la caída de tensión por medio de las funciones que describan a estas variables en un intervalo de tiempo definido.
() = ()
Entonces se puede representar al inductor como un elemento pasivo más en el circuito.
4.- ¿Qué cree usted que ocurriría con el voltaje y la corriente de la resistencia en los circuitos analizados en esta práctica, si se utilizan dos bobinas o dos capacitores de valores distintos?
Lo único que sucedería es que los valores de Vₒ varíen en función de que tanto se altere la impedancia del valor total de impedancia
=
Si la impedancia capacitiva o resistiva resulta ser menor, la caída de tensión Vₒ sería menor y si resulta ser mayor, la caída de tensión Vₒ sería mayor teóricamente.
5.- ¿Qué son los valores eficaces de voltaje y corriente? Los valores eficaces de corriente y voltaje son aquellos valores equivalentes en corriente continua es decir tendrá el mismo comportamiento respecto a potencia suministrada en el circuito.
= ;() = ; = + 1 = ∫ () = √ ()2
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIOES
Es posible representar la impedancia para cada una de las frecuencias asociadas en los dos circuitos como un número complejo donde predomina en un caso la impedancia capacitiva y en el otro caso la impedancia inductiva Z =R +j(Xl - Xc). Utilizar la impedancia Z nos permite realizar cálculos utilizando la ley de ohm para los cálculos. El valor de la caída de tensión medida con el multímetro corresponde al valor eficaz de la caída de tensión media con el osciloscopio.
Mientras mayor sea la frecuencia la impedancia capacitiva será menor.
Mientras mayor sea la frecuencia la impedancia inductiva será mayor.
