Universidad Tecnológica Tecnológica de Panamá Centro Regional de Chiriquí Facultad de Ingeniería Eléctrica
Laoratorio de Circuitos III Laoratorio !" # $olta%e & Corriente en 'C Integrantes(
Facilitador Ing) 'rturo Córdoa
II *emestre # de se+tiemre de ,-#.
INTRODUCCIÓN La corriente alterna no es más que una corriente eléctrica en la que la magnitud & la dirección varían cíclicamente) La /orma de onda de la corriente alterna más com0nmente utili1ada es la de una onda senoidal2 +uesto que se consigue una transmisión más e/iciente de la energía) *in emargo2 en ciertas a+licaciones se utili1an otras /ormas de onda +eriódicas2 tales como la triangular o la cuadrada) Es relevante mencionar que la /orma en la que la electricidad llega a los hogares2 a las em+resas & cada uno de los sistemas de masa utili1ados en nuestro +aís es en /orma alterna) En esta e3+eriencia veremos el com+ortamiento de la corriente & el volta%e en /orma alterna)
EXPOSICIÓN La corriente alterna se usa en todo el mundo +ara im+ulsar motores & dar energía a a+aratos eléctricos) Como su nomre lo indica el volta%e alterno es aquel que camia 4invierte5 continuamente su +olaridad) 6e igual manera2 una corriente alterna es la que invierte continuamente su sentido2 &endo +rimeramente en un sentido & des+ués en el o+uesto) Cuando se hala de un volta%e alterno se +odría decir que se trata de un volta%e c7d que camia en una /orma continua su valor & su +olaridad) 'sí tamién se +uede decir que una corriente alterna es una 8corriente directa9 que está camiando siem+re de valor e invirtiendo su sentido) El n0mero de veces que se +roduce un camio com+leto de +olaridad o sentido 4un ciclo5 en un segundo2 se conoce con el nomre de /recuencia de línea) Las /recuencias de línea de las com+a:ías de lu1 en los Estados Unidos se han estandari1ado a .- hert1 4.- ciclos +or segundo52 en tanto2 que un gran n0mero de otros +aíses han escogido ;- hert1) 'demás de invertir +eriódicamente su +olaridad los volta%es alternos camian tamién de valor de un instante a otro2 en una /orma que de+ende del ti+o de energía +ro+orcionada) Por lo tanto2 se +uede otener una onda cuadrada2 triangular & en e/ecto de cualquier otra /orma que se desee +ara el volta%e) *in emargo2 la teoría & la +ractica han demostrado que solo ha& una clase de /ormas de onda que es la a+ro+iada +ara hacer /uncionar maquinaria eléctrica2 se trata de la onda senoidal2 *e ha descuierto que con esta clase de onda los trans/ormadores2 motores & generadores2 traa%an más e/iciente & silenciosamente) .-" de rotación angular5) La siguiente in/ormación le a&udara a diu%ar una onda senoidal que tenga una am+litud +ico igual a la unidad 4#5) 4*i &a estudio trigonometría vera +or que la onda se denomina 8senoidal9) La am+litud de la onda2 en realidad es el seno del ángulo o ien es directamente +ro+orcional al seno en ese instante)
Rotación 'ngular -" #;" >-" A;" .-" B;" @-" #-;" #,-" #>;" #;-" #.;" #?-"
'm+litud de onda -),. -);-)B# -)?B -)@B #)--)@B -)?B -)B# -);-),. -
Rotación 'ngular #?-" #@;" ,#-" ,,;" ,A-" ,;;" ,B-" ,?;" >--" >#;" >>-" >A;" >.-"
'm+litud de
Las ondas senoidales que tienen valores de +ico di/erentes a la unidad se +ueden encontrar mediante una sim+le +ro+orción) Los negativos de volta%es indican sim+lemente que la +olaridad se ha invertido) Los valores negativos de la corriente se:alan que se invirtió el sentido de dicha corriente) Un ciclo se com+leta cada >.-" de rotación ángulo) En un sistema de .- 1 4.- ciclos com+letos de >.-" de rotación angular +or segundo52 >.-" corres+onden a # D.- segundo) Un intervalo e >-" corres+onde entonces a #D#, de #D#, de #D.- o #DB,-segundo) Evidentemente2 la +olaridad camiar con gran ra+ide1 en un sistema s de .-1
OBJETIVOS #) ,) >) A)
Estudiar una onda senoidal de corriente alterna) Entender los conce+tos de /recuencia2 ciclo & +eriodo Estudiar la +otencia instantánea & media '+render lo que son los valores e/ectivos de corriente & volta%e de la 'C
INSTRUMENTOS Y EQUIPO !inguno
PROCEDIMIENTO 1 *u+onga que el generador de c7a de la /igura #>7# tiene una salida de onda senoidal en sus terminales ' & ) El valor +ico del volta%e de salida es #-- volts)
e Kenerador de 'C Figura #>7#
a Trace la onda senoidal del volta%e de salida del generador) Garque los +untos de volta%e a intervalos de #;" 4em+e1ando de -" a >.-"5 b Trace una curva continua que +ase +or los +untos gra/icados e identi/ique esta curva de volta%e con la letra 8e9)
2 6e acuerdo con la grá/ica que hi1o2 lea los valores de volta%e instantáneo 4v5 de cada uno de los siguientes ángulos) 'note las lecturas e indique si la +olaridad es +ositiva o negativa) 20° e
=
34 V
220° e = -64 V
40° e
=
64 V
310° e = -76 V
80° e
= 98 V
350° e = -17 V
3 *i una resistencia de carga de , ohm se conecta a las terminales del generador2 se tendrá un /lu%o de corriente) *i se conoce la +olaridad del volta%e instantáneo & el valor de e cada >-" 4tomado de la sección de la EHP<*ICI!5 &2 a+licando la ecuación iJeDR2
calcule & anote el valor de la corriente instantánea cada >-") Recuerde que tamién dee indicar la +olaridad de la corriente 4su sentido5)
210°
e 50 i= = =−25 R 2
60°
e 87 i = = =43.5 R 2
240°
e 87 i = = =−43.5 R 2
90°
e 100 =50 i= = R 2
270°
e 100 =−50 i= = R 2
30°
e 50 i= = =25 R 2
300°
e 87 i = = =−43.5 R 2
150°
e 50 i = = =25 R 2
330°
e 50 i = = =−25 R 2
180°
e 0 i= = =0 R 2
360°
e 0 i = = =0 R 2
120°
e 87 i = = =43.5 R 2
4 Garque los valores de la corriente en la grá/ica) Luego trace una curva continua a través de estos +untos & marque esta curva de corriente con la letra 8i9) 5 Considerando que la +otencia eléctrica 4atts5 es el +roducto del volta%e +or la corriente2 calcule la +otencia instantánea 4+5 suministrada a una resistencia de , ohm2 cada >-") ρ= e∗i
0°
ρ= e∗i =0∗0= 0 W
30°
ρ = e∗i =50∗25=1.25 KW
60°
ρ= e∗i =87∗43.5 =3.78 KW
90°
ρ= e∗i =100∗50 =5 KW
120°
ρ= e∗i =87∗43.5 =3.78 KW
150°
ρ = e∗i =50∗25=1.25 KW
180°
ρ= e∗i =0∗0= 0 W
210°
ρ= e∗i=−50∗−25=1.25 KW
240°
ρ= e∗i =−87∗−43.5=3.78 KW
270°
ρ= e∗i=−100∗−50=5 KW
300°
ρ= e∗i =−87∗−43.5=3.78 KW
330°
ρ= e∗i=−50∗−25=1.25 KW
360°
ρ= e∗i =0∗0= 0 W
6 Garque los +untos de la +otencia instantánea en la misma gra/ica 4use la escala derecha2 o7;--- atts5) Luego trace una curva continua +or los +untos marcados e identi/ique esta curva de +otencia con la letra 8+9)
100.0000
5000.00
80.0000
4000.00
60.0000
3000.00
40.0000
2000.00
20.0000
1000.00
Voltaje (Volts o !orrientes ("#$ere %nstantaneos 0.0000
Potencia %nstantanea (&atts 0.00
-20.0000
-1000.00
-40.0000
-2000.00
-60.0000
-3000.00
-80.0000
-4000.00
-100.0000
-5000.00
rotación angular en grados voltajes instantáneos
corriente instantánea
Potencia
7 E3amine la curva de la +otencia que acaa de tra1ar & res+onda a las siguientes +reguntas( a MCuál es la má3ima +otencia instantánea 4de +ico5 suministrada a la cargaN Pmáx = 5000 Watts
b MCuál es la mínima +otencia instantánea suministrada a la cargaN Pmin= 0
c MCuál cree que es la +otencia media 4+otencia que la resistencia de carga disi+ará en /orma de energía calórica5 suministrada a la cargaN P RL = 2500 Watts
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1 *e considera que un ciclo com+leto se e3tiende a lo largo de >.-") a En un sistema de ;- 12 MCuál es la duración de un ciclo com+letoN ;- ciclos +or segundo O-2-, •
b MCuál es la duración de medio cicloN ,; ciclos +or segundo O-2-# •
c MCuánto tiem+o dura un intervalo de @-"N #,2; ciclos +or segundo O-2--; •
2 En el es+acio +ro+orcionado a continuación2 diu%e la /orma de onda de una línea de alimentación estándar de #,- $ c7a) en el diu%o indique el n0mero e3acto de ciclos que se +roducen durante #D#- de segundo)
Esta +regunta la e3+licaremos matemáticamente2 & esto lo com+roamos a través del simulador multisim) Gatemáticamente lo vemos a través de una relación) Como saemos que sesenta ciclos suceden en un segundo2 estalecemos lo siguiente( 60 ciclos 1s
=
x 0.10 s
Luego2 des+e%ando la 32 otenemos que vale . ciclos) 'l querer com+roarlo +or seguridad2 armamos un sim+le circuito2 en donde colocamos una /uente ac de #,- volts2 a .- 12 & le colocamos un oscilosco+io) 'l oscilosco+io gra/icar2 +udimos oservar notalemente que se daan seis recorridos sinusoidales com+letos e3actamente a los #-- milisegundos o -)# segundos)
3 La línea de alimentación estándar tiene un valor rmc de #,-$) calcule su valor +ico) *u valor +ico es de #.@)B $olts •
4 Una lám+ara incandescente de #-- atts da cierta cantidad de lu1 cuando se conecta a una línea de #,-$ c7a) Maumentara2 disminuirá o +ermanecerá igual su rillantes cuando la misma lám+ara se conecte a una línea de #,-$ c7dN E3+lique su res+uesta) 'umentará •
5 MCuánto tiem+o se necesita +ara que el volta%e +ase de cero al má3imo en una línea de energía de .- 1N En ese instante se dan #; ciclos2 lo que equivale a -)--A#.B segundos 6 En una línea de alimentación de .- 12 MCuál es la duración de la +orción +ositiva de un ciclo com+letoN *on >- ciclos2 equivale a -)--?>>> segundos •
•
7 MCuál es el valor e/ectivo de una onda sinodal de c7a que tiene un valor má3imo de A am+eres de +icoN El valor e/ectivo es ,)?> ') •
! E3+lique con sus +ro+ias +alaras lo que signi/ican los términos corriente e/ectiva & volta%e e/ectivo) Por e%em+lo en nuestras casas ha& un volta%e de #,- $ que es el valor e/ectivo en c7a +ero los a+aratos eléctricos identi/ican #.@ $ que es el +ico o má3imo •
" MQué otro termino que tenga el mismo signi/icado se utili1a +ara volta%e e/ectivo o corriente e/ectivaN $olta%e rms & corriente rms 4raí1 media cuadrática5 •
1# En un circuito de c7a que contiene una carga de resistencia( a Mllega la corriente a su valor má3imo de +ico en el mismo instante que el volta%eN Llegan al mismo tiem+o &a que es una carga resistiva) Mllega la corriente a su valor mínimo en el mismo instante que el volta%eN Las dos llegan al mismo tiem+o a su valor mínimo &a que es una carga resistiva) •
•
11 En una onda sinodal( a Indique el ángulo o ángulos en que la am+litud aumenta a ma&or velocidad) @- & ,B- grados Indique el ángulo o ángulos en que es momentáneamente constante la am+litud) -2 #?- & >.- grados •
•
$%OSARIO 1& C'(()*+,* a-,*(+a. corriente eléctrica en la que la magnitud & el sentido varían cíclicamente) 2& V'-,a/*. magnitud /ísica que cuanti/ica la di/erencia de +otencial eléctrico entre dos +untos) Tamién se +uede de/inir como el traa%o +or unidad de carga e%ercido +or el cam+o eléctrico sore una +artícula cargada +ara moverla entre dos +osiciones determinadas) 3& C'(()*+,*. es el /lu%o de carga eléctrica +or unidad de tiem+o que recorre un material) *e dee al movimiento de las cargas 4normalmente electrones5 en el interior del material) 4& O+0a *+')0a-. re+resenta el valor de la tensión de la Corriente alterna a través de un tiem+o continuamente variale2 en un +ar de e%es cartesianos marcados en am+litud & tiem+o) 5& (*c*+c)a. magnitud que mide el n0mero de re+eticiones +or unidad de tiem+o de cualquier /enómeno o suceso +eriódico)
6& C)c-'. Re+etición de cualquier /enómeno +eriódico2 en el que2 transcurrido cierto tiem+o2 el estado del sistema o algunas de sus magnitudes vuelven a una con/iguración anterior) 7& P*()'0'. El +eriodo es el tiem+o que tarda la onda en ir de un +unto de má3ima am+litud al siguiente) !& P',*+c)a )+,a+,+*a. la +otencia instantánea asorida +or un elemento es el +roducto de la tensión instantánea v4t5 en las terminales del elemento & la corriente instantánea i4t5 a través de él) Pmed J $I "& P',*+c)a *0)a. en un circuito 'C la +otencia media está dada +or cos donde es el ángulo de /ase entre la corriente & el volta%e & donde $ e I se entienden que son los valores e/ectivos o rms del volta%e & la corriente) El término cos se llama S/actor de +otenciaS del circuito)
RECOMENDACIONES
acer las re+araciones necesarias en el aula de clases2 deido a que es un +eligro traa%ar con corriente en un lugar donde e3isten /iltraciones de agua) Reali1ar +edidos o com+ras de equi+o moderno +ara así tener un me%or desarrollo de las actividades en el laoratorio) Pro+orcionar la guía de laoratorio a los estudiantes con antici+ación +ara que de esta /orma +uedan /amiliari1arse e investigar sore la e3+eriencia a reali1ar) 'ntes de utili1ar alg0n equi+o veri/icar que estos se encuentren en uen estado2 de lo contrario noti/icar al encargado del laoratorio)
Leer +reviamente el manual de los equi+os a utili1ar +ara así evitar causar da:o a los mismos)
CONC%USIÓN 'demás de la e3istencia de /uentes de FEG de corriente directa o continua 4C)6)5 4como la que suministran las +ilas o las aterías2 cu&a tensión o volta%e mantiene siem+re su +olaridad /i%a52 se genera tamién otro ti+o de corriente denominada alterna 4C)')52 que se di/erencia de la directa +or el camio constante de +olaridad que e/ect0a +or cada ciclo de tiem+o) La característica +rinci+al de una corriente alterna es que durante un instante de tiem+o un +olo es negativo & el otro +ositivo2 mientras que en el instante siguiente las +olaridades se invierten tantas veces como ciclos +or segundo o ert1 +osea esa corriente) !o ostante2 aunque se +rodu1ca un constante camio de +olaridad2 la corriente siem+re /luirá del +olo negativo al +ositivo2 tal como ocurre en las /uentes de FEG que suministran corriente directa) La corriente eléctrica que llega a nuestras casas +ara hacer /uncionar las luces2 los equi+os electrodomésticos2 electrónicos2 etc) es2 +recisamente2 alterna2 +ero en lugar de +ulsante es del ti+o sinusoidal o senoidal)
REERENCIAS BIB%IO$RICAS
htt+(DD)linlearning)comDcoursePla&erDclases,)+h+N editarJ-VidcursoJ?,,;-VidclaseJ,->@?-
htt+(DD)asi/unciona)comDelectrotecniaDeWcorrienteWalternaDeWcorrienteWalterna W#)htm
