UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ
Circuitos en serie y paralelo Facultad de Mecánica-Ingeniería Aeronáutica 1AA131 Profesor: Diego Giscombe Jehorham Cádiz Cádiz 8-931-2143
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[email protected] 05/12/2019
Introducción
Teoría
El presente informe se refiere al tema de los circuitos eléctricos, estos se pueden definir como la ruta que recorre una corriente eléctrica por un conductor. Cualquier circuito debe permitir el paso de electrones por los elementos que lo componen.
1.1RESISTENCIAS EQUIVALENTES EN SERIE Y EN PARALELO
Uno de los puntos a tocar en este informe son las resistencias equivalentes en serie y en paralelo ya que son la base de todo lo relacionado a los circuitos. Para los circuitos serie-paralelo se deben reducir los diversos elementos del circuito a valores en serie y paralelo hasta que el circuito entero se haya cambiado a una sola resistencia equivalente. La ley de ohm se puede definir como la intensidad de corriente que atraviesa un circuito siendo directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Nos apoyamos de esta ley para calcular distintos datos en el informe para compararlos con los datos arrojados por el multimetro y así calcular el porcentaje que error que existe. A lo largo de nuestro experimento utilizamos instrumentos y equipos como el multimetro que nos permite calcular la corriente, el voltaje y la resistencia. También se utilizamos el módulo de fuente de energía, módulo de medición de CA (250), módulo de resistencia, módulo de medición CD y cables de conexión.
Exposición Todos los materiales poseen resistencia eléctrica en mayor o menor grado. Los materiales tales como la plata, el cobre y el aluminio, que tiene una resistencia relativamente baja, se conocen con el nombre de conductores, en tanto que los materiales tales como los platicos el vidrio, el aire y el caucho, que tienen una resistencia muy alta, se denominan aisladores. No se puede trazar una línea divisoria claramente definida entre los conductores y los aisladores. Entre estas dos categorías princípiales existe una gran variedad de materiales y aleaciones cuya resistencia no es muy alta ni muy baja. Se dice que un material tiene poca po ca resistencia eléctrica cuando ofrece una oposición débil al paso de la corriente eléctrica. La unidad de la resistencia eléctrica es el ohm. Resistencias en serie Cuando un grupo de resistencias se conecta en serie, la resistencia total es igual a la suma de los valores de cada una de las resistencias. Por lo tanto, si una resistencia que tiene un valor de ohms se conecta en serie con otra que tiene valor de 20 ohms la suma total es de 25 ohms. La ecuación es igual Requivalente = R1+R2+R3………
a
Resistencias en paralelo Cuando dos o más resistencias se conectan en paralelo entre dos terminales, A y B la resistencia equivalente es siempre menor que la resistencia de valor más bajo. En el circuito, inicialmente se conecta una resistencia de 5 ohms entre las terminales A y B. Si se conecta otra resistencia de 20 ohms en paralelo con la de 5 ohms. La R equivalente se calculará de la siguiente forma 1/Requivalente=1/R1+1/R2+1/R3……… …… Para este caso particular se da de la de la siguiente forma: Requilavente = R1xR2/(R1+R2 ) 1.2 RESISTENCIAS EN SERIE Y EN SERIE-PARALELO.
Exposición Los proveedores de equipo eléctrico casi siempre proporcionan un instructivo que muestra los diagramas del circuito. En este experimento de laboratorio le permitirá al estudiante aprender a hacer conexiones basándose en un sistema alambrado. Los circuitos en serie y paralelo se calculan con facilidad, cuando menos en lo que respecta a la resistencia equivalente. Los circuitos conectados en serie-paralelo no son necesariamente los más difíciles y el secreto está en reducir los diversos elementos de circuito a valores en serie y en paralelo hasta que
todo el circuito se haya cambiado a una sola resistencia. En los dos últimos experimentos de laboratorio se comenzó a usar lo que se denomina “método experimental”. Se hicieron varios cálculos de resistencias equivalentes basándose únicamente en la teoría. El método experimental es la mejor prueba de corrección o comprobación de una teoría, y el resultado de laboratorio es determinante para cualquier diferencia entre ambos valores. A esto se debe que el trabajo de laboratorio sea tan importante. Por supuesto, es poco probable que los resultados teóricos y los experimentales coincidan en forma absoluta. Por lo general se tendrá una diferencia o error entre ambos que se puede atribuir a factores tales como la precisión de los instrumentos de medición, las tolerancias de los componentes, el error humano en la lectura de las escalas de los instrumentos o al ajustar los voltajes, etc. 1.3 LA SEGURIDAD Y LA FUENTE DE ENERGIA
Esta regla se aplica a todo el trabajo industrial, así como a los técnicos en electricidad. Adquiera buenos hábitos de trabajo y aprenda a manejar los instrumentos en una forma correcta y segura. Estudie siempre el trabajo que está por hacer y antes de empezarlo piense meticulosamente en los procedimientos, los métodos y la aplicación de herramientas, instrumentos y máquinas. No se distraiga en el trabajo ni distraiga a otra persona ocupada en una tarea peligrosa.
Las bromas son divertidas al igual que el "pasar un buen rato", pero nunca cerca de maquinaria en movimiento o de la electricidad. Por lo general, existen tres tipos de accidentes que se producen con demasiada frecuencia entre los estudiantes y técnicos en este campo. Si cada alumno conoce, estudia estos pasos y obedece las sencillas reglas de seguridad, dejará de ser un peligro para sus compañeros. LA SEGURIDAD Y LA FUENTE DE ENERGIA EL CHOQUE ELECTRICO Que se sabe de los choques eléctricos. ¿Son fatales?... Los efectos que producen las corrientes eléctricas en el organismo se pueden predecir en lo general, mediante la gráfica de la siguiente tabla. Como se puede observar, la corriente eléctrica es peligrosa. Las corrientes superiores a los 100 miliamperios o de solo un décimo de ampere, son fatales. Un trabajador que haya recibido una descarga de corriente superior a los 200 miliamperios, podría sobrevivir si se le atiende en forma inmediata. Los choques producidos por corrientes inferiores a los 100 miliamperios pueden ser graves y dolorosos. Una regla es: NO SEPONGA EN UN LUGAR DONDE PUEDA SUFRIR CUALQUIER TIPO DE CHOQUE.
En los laboratorios se han efectuado hasta 10% de error y es aceptable. Instrumentos y equipo
Módulo EMS 8311
de
resistencia
Cables EMS 8941
de
conexión
Otros: Ohmímetro
Existen nueve reglas de seguridad para evitar los choques eléctricos 1-ANTES de comenzar a trabajar con cualquier equipo, averigüe en qué condiciones está el equipo y si existe algún peligro. Muchas personas han muerto por que se supone que la pistola estaba descargada y a muchos electricistas les ha pasado lo mismo porque creían que los circuitos estaban "muertos"
2-NUNCA confié en dispositivos de seguridad tales como fusibles, relevadores y sistemas de cierre, como base de su protección, puede ser que no estén funcionando o que no logren protegerlo cuando más lo necesita.
3-NUNCA quite la punta de tierra de un
La diferencia entre los valores teóricos y los experimentales se expresa casi siempre en porcentaje
enchufe de entrada de tres alambres, esto elimina la característica de conexión a tierra del equipo convirtiéndolo en un verdadero peligro.
Porcentaje
4-ORDEN EN LA MESA DE TRABAJO
de
error
− −
=
100
trabajar entre una maraña de cables de conexión y con un montón de componentes y herramientas solo propicia
el descuido, con lo que aumentan las posibilidades de un corto circuito, choque y accidentes, acostúmbrese a trabajar en forma sistemática y organizada.
5-NO TRABAJES SOBRE PISOS MOJADOS esto hace que se reduzca sustancialmente su resistencia, al haber mejor contacto a tierra; trabaje sobre tapetes ahusados o pisos aislados.
6-NO TRABAJE SOLO siempre conviene que haya otra persona para cortar la corriente, aplicar respiración artificial y llamar a un médico.
7-TRABAJE SIEMPRE CON UNA MANO A LA ESPALDA O EN EL BOLSILLO cualquier corriente que pase entre las manos atraviesa el corazón y puede ser más letal que cuando va de una mano al pie. Los técnicos experimentados trabajan siempre con una sola mano. Observe con cuidado a su técnico de televisión.
8-JAMÁS HABLE CON NADIE MIENTRAS TRABAJA no permita que le distraigan y no converse con nadie, sobre todo si trabajan con equipos peligrosos, no sea la causa de un accidente.
9-MUÉVASE SIEMPRE CON LENTITUD cuando trabajes cerca de circuitos electrónicos. Los movimientos rápidos y violentos son la causa de muchos choques, accidentes y cortos circuitos. QUEMADURAS
Los accidentes que producen quemaduras rara vez son fatales, aunque las lesiones pueden ser muy dolorosas y graves.
Existen 4 reglas de seguridad para evitar quemaduras.
1. Las resistencias se calientan mucho. Sobre todo, las que llevan corrientes elevadas. Tenga cuidado con las resistencias de 5 y 10 watts; pueden quemarle la piel de los dedos no las toque hasta que se enfríen.
Tenga cuidado con todos los capacitores que aun puedan tener alguna carga. La descarga eléctrica no solo 2.
puede producirle un choque peligroso o fatal, sino también, quemaduras. Si se excede el voltaje nominal de un capacitar eléctrico o se invierte sus polaridades, este puede calentarse de un modo excesivo e inclusive explotar.
3. Tenga sumo cuidado con los cautines o las pistolas de soldar. Nunca los deje en la mesa de manera que pueda tocarlo accidentalmente con el brazo. No los guarde jamás mientras este caliente: puede ser que un estudiante poco perspicaz lo tome.
4. La soldadura caliente puede producirle quemaduras muy dolorosas en la piel. Espere a que las uniones soldadas se enfríen. Cuando proceda a desoldar uniones, no vaya a sacudirlas, porque la soldadura puede sobre los ojos, las ropas o el cuerpo de sus compañeros.
LESIONES POR CAUSAS MECÁNICAS Esta tercera clase de reglas de seguridad se aplica a todos los estudiantes que ejecutan algún trabajo mecánico con herramientas y maquinaria. Esta es el área donde el técnico debe poner mayor cuidado y donde las normas de seguridad
se basan en el uso correcto de las herramientas. A continuación, se dan 5 reglas para trabajar bien t evitar lesiones por causas mecánicas.
rosca y localizado en la parte posterior del módulo. Con este fin, se proporcionan el cable para la entrada de energía y su conector especial.
1. Las esquinas de pullas metálicas y los bordes filosos del chasis y los tableros pueden cortar y arañar. Lómelas hasta que estén lisas.
La fuente de energía proporciona las siguientes salidas:
2. Las selecciones inadecuadas de la herramienta para cierto trabajo pueden causar daño al equipo y heridas personales. 3. Recuerde que debe proteger los ojos con una careta cuando lime, corte o trabaje con metales calientes que puedan salpicar. 4. Protéjase las manos y la ropa cuando trabaje con ácido para baterías, y cualesquiera ácidos fuertes o líquidos para acabados. ¡Todos ellos son muy corrosivos! 5. Si hay algo que desconoce PREGUNTE A SU MAESTRO.
LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
ENERGÍA
O
El método de Fuente de Energía EMS 8821 proporciona toda la energía necesaria, en c-a y c-d, ya sea fija o variable, monofásica o trifásica, para efectuar todos los Experimentos de Laboratorio presentados en este manual. El módulo se debe conectar a un sistema trifásico de 120/208 volts, cuatro hilos (con el quinto conectado a tierra). La energía penetra a través de un conductor de cinco patillas, provisto de cierre de
1. Salida de 120V c-a fijos para utilizarla con equipo auxiliar tal como osciloscopios y TVM. Esta energía se conduce a una capa de contacto estándar con conexión a tierra que tiene un valor nominal de 15A. 2. Salida De 120/205 volts 3Φ fijos que alimenta cuatro terminales marcadas 1, 2, 3 y N. Se pueden obtener: 208 volts fijos de c-a, entre cualquiera de las terminales 1, 2 σ 3 y la terminal N. La corriente nominal de esta fuente de energía es 15A por fase. 3. 120/208 volts variables, 3Φ, que se proporcionan a cuatro terminales identificadas como 4, 5, 6 y N. Se obtienen: 0-208 volts variables de c-a entre las terminales 4, y 5, 5 y 6 σ 4 y 6, y 0-120 volts variables de c-a, entre cualquiera de las terminales 4,5 o 6 y la terminal N. la corriente nominal de esta fuente es de 5 A por fas. 4. 120 V fijos de c-d que llegan a las terminales 7 y N. La corriente nominal de esta fuente es de 2 A. 5. 0-120 V variables de c-d a las terminales 7 y NA. La corriente nominal de esta fuente es de 8 A.
No se puede tomar simultáneamente toda tod a la corriente nominal cuando se usan
varias salidas. Si se usa más de una salida a la vez, se obtendrá un menor valor de corriente. Las terminales del neutro N están conectadas entre sí y con el hilo neutro de la alimentación c-a. Toda la energía de las salidas se suprime cuando el interruptor "en-off" está en la posición off (la manija hacia abajo).
Todas las fuentes de energía se pueden usar en forma simultánea a condición de que la corriente total requerida no exceda de 15ª por fase, que el valor nominal del interruptor. Si maneja con cuidado la fuente de energía, le proporcionara un servicio seguro y sin peligros durante muchos años.
ADVERTENCIA ¡Incluso cuando la manija de este interruptor está hacia abajo, hay energía de la consola sin desconectar primeramente el cable de entrada de la parte posterior del módulo!
Instrumentos y equipo
Las salidas variables de c-a y c-d se regulan por medio de una sola perilla de control que está al frente del módulo. El voltímetro del aparato indicara todos los voltajes de salida — de de c-a variable y de cd variable y una-que obtenga de acuerdo con la posición del interruptor del selector del voltímetro. La fuente de energía está totalmente protegida contra sobrecargas o corte circuitos. Además del interruptor maestro 15A Es de tablero frontal, todas las demás salidas tienen sus propios interruptores de circuito, cuya reposición puede efectuarse, haciendo girar un sólo botón localizado en el tablero delantero. Durante periodos breves la corriente de la salida puede sobrepasar considerablemente su valor nominal sin que se produzcan daños en la fuente o trastornos en los interruptores. Esto es especialmente útil cuando se estudian los motores de c-d con sobrecargas o en condiciones de arranque en que se requieren corrientes hasta 20ª A.
Módulo de fuente de energía 8821
EMS
Módulo de medición de CA (250V) EMS8426 Cables de conexión
EMS8941
1.4 LEY DE OHM Exposición La resistencia eléctrica es la oposición que existe al flujo de la corriente en un circuito y depende de muchos factores. Ei alambre de cobre, aunque se considera un buen conductor de corriente eléctrica, Presenta cierta resistencia. Un físico alemán, George Simon Ohm (17871854), descubrió que, para un conductor metálico dado, de una longitud y corte transversal específicos, la relación entre eI voltaje y la corriente era una constante. Esta relación se conoce como resistencia y se expresa en Ia unidad ohm, denominada así en su honor. La Ley de Ohm se considera a menudo como el fundamento del análisis de circuitos y se puede expresar mediante la fórmula: R=E/I En donde, E = La diferencia de potencial entre los dos extremos de un elemento de resistencia (que se mide en volts). I = La corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia (Que se
mide en amperes). Existen otras dos formas útiles que se pueden pu eden derivar de de la ecuación y son: I = E / R; E = I R Para producir una corriente, primero debe existir un voltaje en la resistencia. Los Primeros experimentadores en este campo reconocieron el hecho de que una corriente eléctrica constituía un movimiento de cargas a lo largo de un conductor. El sentido del flujo de la corriente no se pudo determinar y desgraciadamente, se convino en forma arbitraria que fuera desde un cuerpo de carga positiva hacia otro de carga negativa (positivo a negativo), y este acuerdo se estableció tan firmemente, que sigue en vigencia hasta nuestros días. Así pues, la dirección convencional o dirección positiva del flujo de la corriente, es siempre de positivo a negativo. Aunque se sabe ahora que la dirección del flujo electrónico, que en realidad constituye una corriente eléctrica, va de negativo a positivo, Los sistemas de energía eléctrica de los que este programa forma parte, utilizan el “flujo convencional “flujo convencional de La corriente" para la corriente eléctrica, En este sistema “convencional”, “convencional”, la corriente va del terminal positivo a negativo. El volt es la unidad de la presión o el potencial eléctrico y se mide con un voltímetro. Los voltímetros poseen una alta resistencia eléctrica y siempre se conectan en paralelo con un circuito o componente, por ejemplo, una resistencia. Vea la Figura. Cerciórese siempre de que las polaridades concuerden con las marcadas en las terminales del medidor, a fin de obtener una lectura positiva (escala arriba), Si se invierten las conexiones, la aguja se desviará en la dirección negativa. El ampere es la unidad de la corriente eléctrica y se mide con un amperímetro. Los amperímetros tienen una baja
resistencia interna y se conectan en serie con el circuito o el componente, por ejemplo, una resistencia. Vea la Figura 51.Las mismas observaciones que se hicieron respectivamente a la polaridad del voltímetro se aplican al amperímetro. La polaridad se debe mantener para obtenerla deflexión adecuada de la aguja. Instrumentos y equipo Módulo de fuente de energía (0-120V cd) EMS 8821 Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de medición de CD (200V, 500 mA , 2.5A) EMS 8412 Cables de conexión EMS 8941 Otros: Ohmímetro
Experimentación
4.
=
Laboratorio N°1
Tomando como base las ecuaciones dadas en la sección de la exposición, calcule el valor de la única resistencia equivalente entre las terminales A y B para cada uno de los siguientes circuitos conectados en
=(
)Ω
= 300
1 = 1 1 1 300 300 300
serie y en paralelo. 1.
2.
3.
4.
5.
= + = 300 Ω + 300 Ω = 600Ω = + = 300 Ω + 600 Ω = 900Ω = + + = 300 Ω + 600 Ω + 1200 Ω = 2100Ω = + + = 300 Ω + 300 Ω + 600 Ω = 1200Ω = + + = 300 Ω + 600 Ω + 1200 Ω = 1200Ω
1. =
+ +
= 200Ω 2. =
+ + +
= 133.33Ω 3.
=
+ + + +
= 92.31 Ω
=150 Ω 5.
=
=
1
= 200 1 1 600 300 1 1 1 = 600 200 600 Req=120Ω
Laboratorio N°3
Figura 3-2
PROCEDIMIENTOS
1. Calcule el valor de la resistencia equivalente de cada uno de los circuitos que se ilustran en los procedimientos 4 a 14. Haga sus cálculos y escriba el resultado en el espacio correspondiente. 2. Conecte cada circuito como se indica en el diagrama y mida la resistencia equivalente con el ohmímetro. Registre el resultado de las mediciones en el espacio apropiado.
(calculada)= 900Ω (medida)= 1030Ω Porcentaje de error = 14,44% Figura 3-3
3. Calcule el porcentaje de error en cada caso e indique si es aceptable o no.
(calculada)= 2270Ω (medida)= 2270Ω Porcentaje de error= 0% Figura 3-4
Figura3-1
(calculada)= 600Ω (medida)= 650Ω Porcentaje de error= 8.33% (calculada)= 200Ω (medida)= 230Ω Porcentaje de error= 15%
Figura 3-6
(calculada)= 480Ω (medida)= 537Ω Porcentaje de error= 11,87% Figura 3-9
(calculada)= 660Ω (medida)= 760Ω Porcentaje de error= 15,15%
Figura 3-7
(calculada)= 150Ω (medida)= 160Ω Porcentaje de error= 6,67% Figura 3-10
(calculada)= 640Ω (medida)= 702Ω Porcentaje de error= 9.69%
Figura 3-8 (calculada)= 100Ω (medida)= 110Ω Porcentaje de error= 10%
Figura 3-11
(calculada)= 0Ω (medida)= 00.9Ω Porcentaje de error= 0%
2. Conecte las resistencias del circuito de la figura 3-13 a las terminales A y B, haciéndolo en paralelo.
= 8,12Ω 3. Conecte en serie la resistencia de 20 ohms con las demás resistencias conectadas en paralelo, y luego conecte esta combinación a las terminales A y B del circuito de la figura 3-14.
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS
1. Conecte en serie las resistencias de la figura 3-12 con las terminales A y B.
= 26,31Ω
7. ¿Cuál es la resistencia mas alta que se puede obtener en el modulo modu lo de resistencia EMS 8311? 2100 Ω
= 100Ω 100Ω
¿Qué conexiones se necesitan obtener esta resistencia?
para
Conectar en serie las resistencias de 300 Ω, 600 Ω y 1200 Ω mediante los cables de conexión EMS 8941 8. ¿Cuál es el valor de la resistencia siguiente en orden descendente? 900 Ω 9. Marque las conexiones que se requieren para obtener 1400 ohms, 2000ohms, 500 ohms Para obtener 1400 Ω se colocan en paralelo las de 600 Ω y 300 Ω con la resistencia de 1200 en serie. Para obtener 2000 Ω de resistencia se coloca la resistencia de 300 Ω con 600 en paralelo y 1200 y 600 Ω en serie.
De la mano (resistencia)
al
pie,
0.83M
ohms
Por supuesto la resistencia real varía dependiendo de los puntos de contacto y, como acaba de describirlo de la condición de la piel y la zona de contacto. Observe la forma en que varía la resistencia cuando aprieta las terminales, es decir, lo dedos, con mayor o menor fuerza. La resistencia de la puede variar entre 250ohms, cuando esta húmeda y se tiene una zona grande de contacto, hasta 500,000 ohms en caso de que la piel este seca, tomando en cuenta la resistencia del cuerpo recién determinada y que 100 mili amperes es una corriente fatal ¿Qué voltajes podrían ser fatales?
Laboratorio N°4
Experimentación número uno
Usemos la fórmula: Volts = 0.1 x ohms.
El voltaje
Contacto entre las dos manos (secas): 0.107 Volts.
La corriente depende del voltaje y la resistencia. A continuación cada alumno medirá su resistencia. Use el ohmímetro para determinar la resistencia del cuerpo entre los siguientes puntos: De la mano derecha a la izquierda, 1.07 M ohms (resistencia) De mano al (resistencia)
pie,
2.30
M
ohms
Ahora, humedézcase los dedos y repita las mediciones: De la mano derecha a la izquierda, -0.25 M ohms (resistencia)
Contacto entre una mano y un pie (secos): 0.23 Volts Contacto entre las dos mano (húmedas): -0.025 Volts Contacto entre una mano y un pie (húmedas): 0.083 Volts
Experimentación número dos Instrumentos y equipo Módulo de fuente de energía EMS 8821 Módulo de EMS8426
medición
de
CA
(250)
Cables de conexión EMS 8941
9. Las terminales de salida de c-d variable (7y N). 10. El botón común de restauración.
PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes. No haga ninguna conexión con la fuente de energía conectada. Debe cortar la fuente de energía cada vez que termine de hacer una medición. 1.- Examine la constitución del Módulo de fuente de energía EMS 8821.Identifique los siguientes elementos en el tablero delantero del módulo. 1. El interruptor de circuito de tres polos. 2. Las tres lámparas que identifican la operación. El voltímetro c-a/ c-d. 3. El interruptor selector voltímetro c-a/ c-d.
del
2. Anote el voltaje de c-a o c-d y la corriente nominal disponible de cada una de las siguientes terminales: a. Terminales 1 y N = 120 v 15 A CA b. Terminales 2 y N = 120 v 15 A CA c. Terminales 3 y N = 120 v 15 A CA d. Terminales 4 y N = 120 v 5 A CA e. Terminales 5 y N = 120 v 5 A CA f. Terminales 6 y N = 1400 v 5 A CA g. Terminales 7 y N = 140 v 8 A CD h. Terminales 8 y N = 140 v 2 A CD i. Terminales 1,2 y 3 = 220 v 15 A CA j. Terminales 4, 5, y 6 = 220 v 5 A CA k. El receptáculo no se pudo hacer
4. La perilla de control de la salida variable. 5. El receptáculo de 120V c-a fijos. 6. Las terminales de salida de 120,208 volts fijos (identificados como 1, 2,3y N). 7. Las terminales de salida de 0120/208 volts variables (identificadas como 44, 5,6 y N). 8. Las terminales de salida de c-d fija (8 y N).
i. ii. iii. iv. v. vi.
3. Examine la construcción interior del módulo, identifique los siguientes elementos. El auto trasformador 3º variable. Los capacitares del filtrado. Los interruptores terno magnéticos. Los diodos rectificadores de estado sólido. Los enfriadores del diodo. El conector de cinco puntas.
4. Coloque el Módulo de Fuente de Energía en la consola. Cerciores de que el interruptor está en la posición abierta (off) y se le ha dado toda la vuelta a la perilla
de control de salida, haciéndola girar en el sentido contrario al de las manecillas del reloj de modo que se encuentre en la posición de salida mínima. Haga pasar el cable alimentador a través del orificio en la parte posterior de la consola, y enchúfelo en el conector de cierre de rosca proporcionado con el módulo. Conecte el otro extremo del cable alimentador a la fuente 3Φ de 120/208 volts.
Vc-a mínimo = 0 V Vc-a máximo = 110 V c) Reduzca nuevamente el voltaje a cero y desconecte la fuente de energía cambiando el interruptor maestro a la posición "inferior". 7. ¿Qué otros voltajes se modifican cuando se hace girar la perilla de control? Terminales 5 y 6 = 220 V c-a Terminales 4 y 5 = 220 V c-a
5. a) Ponga el selector del voltímetro en la posición 7N y conecte la fuente de energía moviendo hacia arriba la palanquita del interruptor, es decir a la posición "on", que significa "conectado". b) Haga girar la perilla de control de autotransformador 3Φ y observe como aumenta el voltaje. Mida y anote el voltaje máximo y el mínimo de salida en c-d, según lo señale el voltímetro del aparato. Vc-a mínimo = 0 V Vc-a máximo = 130 V c) Baje el voltaje a cero haciendo girar la perilla de control en sentido contrario al de las manecillas del reloj, hasta el fin.
Terminales 5, 4 y 6 = 220V c-a e) ¿Cambiará alguno de estos voltajes cuando se hace girar la perilla de control? No, porque son valores fijos de CA a) Ajuste el selector del voltímetro a la posición 8N. b) Conectar la fuente de energía, c) Mida y anote el voltaje. Terminales 8 y N = 150 V c-d d) ¿Cambiará este voltaje si se hace girar la perilla de control? No, porque es un valor fijo de CD 10.-Para cada una de las siguientes posiciones del selector del voltímetro.
6. a) Coloque el selector del voltímetro en la posición 4N. b) Haga girar la perilla de control y vea cómo aumenta el voltaje. Mida y anote los voltajes máximos y mínimo de salida en c-a, según lo indique el voltímetro del aparato.
A. Conecte la fuente de energía y haga girar la perilla de control hacia las manecillas del reloj. B. Mida V c-d entre el voltaje.
C. Vuelva el voltaje a cero y desconecta la fuente de alimentación. Terminales 4 y 5 = 220 V c-a
Módulo de fuente de energía (0-120V cd) EMS 8821 Módulo de resistencia EMS 8311
Terminales 5 y 6 = 210 V c-a
Módulo de medición de CD (200V, 500mA, 2.5A) EMS 8412
Terminales 6 y 4 = 220 V c-a
Cables de conexión EMS 8941
Terminales 4 y N = 120 V c-a
Otros: ohmímetro
Terminales 5 y N = 120 V c-a Terminales 6 y N = 120 V c-a
PROCEDIMIENTO
Advertencia: ¡en este experimento se maneja altos voltajes¡¡no haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡¡debe desconectar la fuente después de realizar cada mición ¡ 1. Use el ohmímetro para medir la resistencia entre las terminales del voltímetro de 200V c-d
Laboratorio N°5
Amperes +
R= 0.2 ohms
-
2. Mida la resistencia del amperímetro de 2.5
S1 + -
R1
R= 11 ohms El Amperímetro se conecta en serie con la resistencia de carga R 1 Figura 5-2 Las mismas observaciones que se hicieron respectos a la polaridad del voltímetro se aplica al amperímetro. La polaridad se debe mantener para obtener la deflexión adecuada de la aguja. INSTRUMENTOS Y EQUIPO
3. Mide la resistencia miliamperímetro de 500mA c-d
del
R= 1.3 ohms 4. ¿es mucho mayor la resistencia interna del voltímetro que la de los dos medidores de corriente? 5. Use los módulos EMS de resistencia, medición de CD y fuente de energía, para conectar el circuito ilustrado en la figura 5-3. Tenga sumo cuidado al
400
360
350
300
300
E R E 250 P M A200 I L I M N150 E I
240 180 120
100
60
50
0
0 0
20
40
60
80
100
120
140
E EN VOLTS
establecer las polaridades. Cerciórese de que el interruptor de alimentación este abierto, la lampara indicadora on-off este apagada y que la perilla del control del voltaje variable de salida se le ha dado toda la vuelta en sentido contrario a de las manecillas del reloj. El interruptor del voltímetro de la fuente de energía debe estar en la posición de CD y, además, debería indicar cero volts. (7 es la terminal positiva y N la negativa para la salida de voltaje en c-d de la fuente de energía.) Figura 5-3 0-500mA c-d + +
7
A
+
0-120V c-d
0-200V c-d
- N
Figura 5-3
V -
VOLTS 0
20
40
60
80
100
120
60
120
180
240
300
360
E AMPS
0
I Tabla 5-1 6. Conecte la fuente de energía y haga girar lentamente la perilla de control del voltaje de salida (en el sentido de las manecillas del reloj) hasta que el voltímetro de 0-200V c-d conectado a la carga de 300 ohms indique 20V c-d. el miliamperímetro de 0-500mA c-d indicara la corriente que pasa por el 300Ω circuito. Anote este valor en el espacio correspondiente de la tabla. Haga lo mismo para los diferentes voltajes que se indican en la tabla 5-1, reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. (no desconecte el circuito)
7. Grafique las corrientes anotadas (a los voltajes indicados) en la tabla 5-1, sobre la grafica que aparece en la figura 5-4 8. Trace una curva continúa por los puntos marcados ¿es directamente proporcional a la corriente al voltaje (se duplica, se triplica, etc. la corriente cuando el voltaje se suplica, triplica, etc.)? 9. Con los valores de I y E de la tabla que aparece con el procedimiento 6, calcule las relaciones de E/I correspondientes a cada caso. Anote sus cálculos en la tabla 5-2
Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía
¿Es Imedida = E/R= 90/300? 0.3 12. Ahora verifica que la otra forma de la ley de ohm (E = I X R) es válida. Utilice el mismo circuito que aparece en la figura 5-3, sin embrago, en esta ocasión, la respuesta se ajusta a 600 ohms. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida hasta que el medidor de corriente indique 0.2 ampere. Mida y anote el voltaje a través de la resistencia de 600 ohms.
E
20
40
60
80
100
120
Emedida = 20 V c-d
E/I
0.333
0.333
0.333
0.333
0.333
0.333
Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía
Tabla 5-2
¿Es Emedida = I x R = 0?2 X 600? 120 10. El valor promedio de E/I es 0.333 observe que la relación entre el voltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es un valor constante denominado resistencia. 11. A continuación deberá comprobar que la forma alternativa de la ley de ohm (I=E/R) es válida. Use el mismo circuito de la figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajústela a 90V c-d de acuerdo con la lectura que aparece en el voltímetro conectado a la resistencia de 300 ohms. Mida y anote la corriente que pasa por esta resistencia Imedida = 270 A c-d
13. Ahora deberá medir el valor de una resistencia equivalente sin utilizar el ohmímetro. Emplee el mismo circuito que aparece en la figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida a 60V c-d según lo indique el voltímetro conectado a la resistencia. Hasta variar la resistencia por medio de los interruptores hasta que el medidor de corriente indique aproximadamente 0.3 ampere. Reajuste el control de voltaje si es necesario, a fin de mantener 60V c-d en la resistencia A) aplique la ley de ohm, el voltaje anterior (60V) y la corriente (0.3A). para calcular la resistencia equivalente que se tiene ahora en el circuito R equivalente equivalente = E/I = 60/0.3 = 200 ohm
Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía.
La corriente I será de 1,200 A
¿Qué sucederá en tal caso?
B) use la fórmula de la resistencia en paralelo y, con las resistencias que conecto en paralelo calcule R equivalente equivalente
En tal caso lo que sucedería seria que la resistencia no pueda aguantar tales corrientes y voltajes.
R equivalente equivalente = 0,366 ohm ¿concuerdan mas o menos las volares de A) y B)? Si
NO 1 2
14. Desconecte el circuito sin perturbar la posición de los interruptores de la resistencia. Utilice el ohmímetro para medir la resistencia equivalente del procedimiento 13
E
6 125 4
I
2 5
0.5 3 6
R
3 25
8
3
6
9 72 5 10
7
9
10
12 12
10
120
3
100
1200
3 12 0.5 4
8
30
0.4 1000 0.1 0.4
Tabla 5-3
R equivalente equivalente = 0.366 ohm ¿concuerdan más o menos la lectura correspondiente a R equivalente equivalente y el valor de R equivalente equivalente calculado en el procedimiento 13 B)?
4 5
3. un medidor de 3 A c-d tiene una resistencia de 0.15 ohms y porta una corriente de 2 ampere ¿Cuál es el voltaje en sus terminales? E= 0.3V c-d
Si, debido a que usamos la ley de ohm para calcular la resistencia equivalente nos dará un resultado y al medirlo con el ohmímetro deberá dar el mismo resultado o más preciso por ser un máquina.
4. un medidor de 0-150V c-d tiene una resistencia de 150,000 ohms ¿Cuál es la corriente que pasa por el instrumento cuando se conecta a una línea de 120V cd?
Prueba de conocimientos
I=8X10
1. Use la ley de ohm en sus diversas formas, para llenar los espacios en blanco de la tabla 5-3 2. Un medidor de 3ª c-d tiene una resistencia de 0.1 ohm. ¿Si accidentalmente se le conecta a una línea de alimentación de 120V c-d, cuál será la corriente que pasará por el instrumento?
-4
5. un experimentador toca accidentalmente una línea de 240V c-d. si la resistencia de su piel es 10,000 ohms, cual es el valor de la corriente que pasa por su cuerpo? I= 0.024 A ¿Es peligrosa esta corriente?
No lo es debido a que una persona puede aguantar desde 1 A hasta 4.3 A de corriente directa. 6. una planta de electrodeposición tiene barras colectoras que portan hasta 10000 amperes a 6 volts en corriente directa. El medio circundante es muy húmedo debido a un exceso de agua y electrolitos ¿deben aislarse dichas barreras y de ser necesario, por qué? Si es necesario aislarlo debido a que se encuentran en un lugar húmedo el cual es un ambiente propicio para darse fuerte corrientes eléctricas.
7. se ha visto que las aves pueden pararse en cables de transmisión sin aislar y con voltaje hasta de 2,300 volts y que aparentemente no sufren ningún daño ¿se debe esto a la naturaleza extremadamente seca de sus patas? Si, ya que al ponerse las aves encima de los tendidos eléctricos, las patas funcionan como un polo de tierra haciendo que la corriente fluya atreves de ellas, pero con la condición de poner estas a la vez Conclusiones En este laboratorio hemos podido identificar minuciosamente los riegos eléctricos que se toman al realizar determinados trabajos ya sean con o sin flujo de corriente, así como también hemos podido conocer las principales reglas para trabajar con circuitos y máquinas de energía eléctrica que se deben de tener siempre en cuenta al trabajar con circuitos con corriente. También hemos aprendido a utilizar la
fuente de potencia de corriente alterna/continua, así como conocimos todas sus posibles conexiones y la manera correcta de tomar mediciones de voltaje ya sea de corriente continua o alterna. Al realizar estos diversos experimentos se ha fortalecido el conocimiento de la ley de ohm y sus diversas formas en el que este se deriva, así más fácil poder sacar datos tales cuales, corriente, voltaje y resistencia, con tan solo teniendo dos de estas disponibles, también observamos que al realizar los experimentos la corriente es proporcional al voltaje mientras este aumente la corriente hará lo mismo, también se observó la manera correcta de como conectar el voltímetro y el amperímetro en un circuito de resistencias para que estos no tengo un corto y estos se dañen ya que son dispositivos de mucha utilidad y de gran costo y al finalizar siempre tener en mente y en cuenta las advertencias para el trabajo con alto voltaje de estos laboratorios.
