UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS LABORATORIO N° 05: MEDICIÓN DE LOS VALORES CARACTERÍSTICOS DE LAS ONDAS SENOIDALES Datos del Alumno: Oscar Samuel Canqui Llamosas
I.
06-OCTUBRE-2016
GRUPO:06 Código:2013602171
OBJETIVO: Analizar y determinar en forma experimental los valores medios y eficaces en un circuito de C.A. Conocer los instrumentos que miden estos valores (valor medio y valor eficaz). Verificar el valor de la frecuencia (60 Hz).
II.
FUNDAMENTO TEÓRICO: La Onda Senoidal
La onda senoidal es el tipo más común de señal alterna. El servicio de energía provisto por las compañías que generan electricidad está en forma senoidal. La siguiente figura muestra una señal senoidal.
Como se puede notar una señal senoidal alterna entre valores positivos y negativos. Si un voltaje senoidal es aplicado a un circuito resistivo, resulta una corriente senoidal. Cuando el voltaje cambia de polaridad, la corriente cambia de dirección. Vamos a examinar algunas características de la señal senoidal: Periodo (T): se define define como el tiempo que le toma a la señal señal completar un ciclo ciclo completo. completo. Es siempre un valor fijo para una señal senoidal. Frecuencia (f): es la inversa del periodo. Se mide en Hz. Un Hz equivale a un ciclo ciclo por segundo. Valor pico (Vp): es el valor del voltaje o la corriente en el máximo positivo o negativo con respecto a cero. puntos máximo y mínimo. Es Valor pico a pico (Vpp): es el valor de voltaje o de corriente entre los puntos el doble del valor pico. r ms se refiere a "root-mean-square". "root -mean-square". En ocasiones también nos referimos Valor rms: El término rms a él como valor efectivo. efectivo. Es igual al voltaje dc que produce la misma cantidad de calor en una resistencia que el voltaje senoidal. senoidal. El valor pico de una señal senoidal puede ser ser convertido a rms usando la siguiente relación: Vrms = 0.707 Vp. Todos To dos los instrumentos instrumento s que miden alguna magnitud eléctrica de corriente alterna nos indican el valor eficaz de la onda de dicha magnitud. Valor promedio: es el área bajo la curva dividido entre la distancia de la curva a lo largo del eje horizontal. También se le llama valor dc.
Valores promedios y efectivos de algunas ondas que se encuentran con frecuencia en l as mediciones eléctricas
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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. 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 me dir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la intensidad ó la potencia).
En la figura anterior se ha señalado el valor de pico Vp, el valor de pico a pico Vpp, normalmente el doble de Vp y el valor eficaz Vef ó VRMS (root-mean-square, es decir la raíz de la media de los valo res 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 él.
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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. Básicamente el cursor son dos líneas horizontales para la medida de voltajes y dos líneas verticales para la medida de tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla. La medida se visualiza de forma automática en la pantalla del o sciloscopio.
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 impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, la medida de tiempos será más precisa si el tiempo objeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello actuaremos sobre el rango del tiempo. Si centramos la señal utilizando el mando de Move podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa.
III.
ELEMENTOS A UTILIZAR: -
IV.
01 osciloscopio 01 autotransformador 01 voltímetro 01 multímetro conductores para conexiones
PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: a) Armar el siguiente circuito:
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b) Calibrar el osciloscopio para ser usado como voltímetro, y luego variando la tensión de salida del variac monofásico para diferentes magnitudes de tensión, entre 0 y 220 voltios. c) Variando la tensión del variac monofásico, medir la tensión en el voltímetro y en el osciloscopio para un juego de 10 valores.
Nº V voltimetro
Vpico
V pic o-pic o Veficaz Vmedio
Periodo Frecuencia
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V.
CUESTIONARIO 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
5.7 5.8 5.9 5.10
VI.
¿Cuál es el principio de funcionamiento del osciloscopio? ¿Qué es el valor eficaz de una onda y como se determina? De un ejemplo numérico. ¿Qué es el valor medio de una onda y como se determina? De un ejemplo numérico. Explique las diferencias entre el valor medio y el valor eficaz ¿Qué clase de instrumentos miden el valor eficaz, y cuales miden el valor medio? Realizar una comparación de los valo res experimentales y teóricos en todas las medidas y en todos los parámetros: V , V , V rms , , V , periodo, frecuencia. Con esta comparación realizar un análisis p pp rms prom de incertidumbres detallado. ¿Cuáles serían los probables motivos del porqué las medidas tienen muchos errores e incertidumbres? ¿Por qué es importante mantener constante la frecuencia eléctrica de un sistema eléctrico? ¿Qué consecuencias habría si esta frecuencia cambia significativamente a valores mayores o menores? ¿Qué significan los transitorios de voltaje? Explique 01 ejemplo ¿Por qué en el Perú se mantiene un voltaje nominal residencial, comercial en Baja Tensión de 220 V rms rms y no de 110 V rms rms como en otros países? Sustente su respuesta.
Observaciones y Conclusiones
VII.
Indicar 10 observaciones y conclusiones del experimento realizado
Bibliografía
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