UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CONO SUR DE LIMA
INGENIERIA ELECTRONICA Y DE TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES INFORME 06
Profesor: Bartolomé
Alumno: Roca Poccorpachi Jorge Luis
Fecha de presentación:28/ 08/ 2012
Lima –Perú 2012
Introduccion
Cuando hablamos de energía eléctrica nos interesamos en conocer dos terminologías importantes, entre estas tenemos la corriente alterna en la cual el movimiento de los electrones cambia de sentido del orden de 60 veces por segundo, como un movimiento oscilatorio armónico. En el presente laboratorio analizaremos las interacciones con los dispositivos electrónicos dicretos y sus diversas asociaciones. Otro fenómeno mas que se estudiara es la resonancia, es un fenómeno muy usual,en sistemas mecánicos de contension de puentes, sistemas acústicos etc. y para nuestro caso en un circuito con componentes electrónicos, es un fenómeno muy beneficioso para transmisión de señal , para el caso de sistemas en contension de puentes ,suele ser perjudicial ,pero esta en manos de los ingenieros aprovechar este fenómeno eléctrico. En este laboratorio se presentara la manera como interactua la señal eléctrica frente a este fenómeno con sus diversas características.
Objetivos
Analizar las oscilaciones electromagnéticas amortiguadas en un circuito RLC en serie
Analizar las oscilaciones forzadas en un circuito RLC serie con fuente alterna. Para diferentes frecuencias .analizar la resonancia
Medir la inductancia en una bobina.
Conocer la respuesta de un circuito RL cuando no existen fuentes externas de excitación, y cuando existe una fuente DC .Aplicar estos conceptos para el diseño y simulación de aplicaciones simples.
Conocer la respuesta de un circuito RC cuando no existen fuentes externas de excitación, y cuando existe una fuente DC .Aplicar estos conceptos para el diseño y simulación de aplicaciones simples.
Conocer la respuesta de un circuito RLC en serie cuando no existen fuentes externas de excitación, y cuando existe una fuente DC. Aplicar estos conceptos para el diseño y simulación de aplicaciones simples.
Conocer la respuesta de un circuito RLC en paralelo cuando no existen fuentes externas de excitación, y cuando existe una fuente DC. Aplicar estos conceptos para el diseño y simulación de aplicaciones simples
Materiales
Bobina Caracteristicas técnicas e la bobina :
Interface 3B NetLog
Bobina 200/600 espiras
Resistencia 3Ω
Corriente máxima:12 A
Inductancia 15 mH
Generador de señal :
Caracteristicas técnicas :
Fuse AT .6 AT Lucas Nulle
Tarjeta de experimentación
LM 4501 Alimentacion 220vac /60 Hz Multiplicador e frecuencias, Porporciona señal alterna senoidal , cuadraa
R =100Ω C=4.4 μf
Fundamento teórico Corriente Alterna Se llama sistema monofásico (1Φ) ,al sistema eléctrico constituido por una sola fase o tensión AC ,del tipo senoidal ,que gira a una sola frecuencia ( f ) o frecuencia angular (w ) . En la practica estos sistemas se obtienen de un generadpr AC o extrayendo una fase de un sistema 3Φ ,de distribución, que existe en toda distribucion e energía
eléctrica en todas las ciudades del mundo .
Caracteristicas
Valores estandarizados
Simbologia
Notacion Fasorial:
DIagrama Fasorial
Oscilaciones amortiguadas
Es generado por un circuito RLC sin fuente en el cual el condensador se encuentra cargado. La ecuación de la malla para el circuito será:
Oscilaciones Forzadas un oscilador eléctrico se genera por un circuito RLC en serie conectando a una fuente de corriente alterna para el cual la ley de mallas de Kirchhoff establece:
En las grafica se muestra la señal sinusoidal en RLC ,en resonancia
Procedimiento
1. Instale el circuito RLC en serie con un interruptor de acuerdo a la figura con una fuente continua de 15 voltios, R = 100 Ω, C= 4,4 μf y L = 15 m H.
Observaciones :
Al armar el circuito , en la tarjeta de experimentación solo había resistencia e 2.2μf , entonces conectamos en paralelo para obtener el valor que se nos pide 4.4μf
2. Conecte la interface como sensor de corriente en el capacitador, configure el intervalo de medición a 200 μs y un número de datos de 10000. Pulse iniciar en el software 3B NETLab, cargué el condensador del circuito de carga. 3. Grafique sus datos y seleccione el conjunto de datos de descarga, anote el tiempo inicial to en el cual la carga del condensador era máxima. Realice el ajuste de curvas de acuerdo a la ecuación.
4. Instale el circuito RLC en serie con una fuente alterna de 5 voltios (generador de ondas ), C= 100 μf, L = 15 mH , R= 10 Ω y un interruptor , de acuerdo a la siguiente figura 5. Configure el software 3B Netlab a intervalo de medición de 20 μs y 5000 datos. mida la corriente y el voltaje en la resistencia usando la interface 3B NETlog como sensor de corriente y voltaje, graficar y ajustar los datos. guardar los resultados.
6. Mida la corriente y el voltaje en el condensador usando la interface 3B NEtlog como sensor de corriente y voltaje, graficar y ajustar los datos. guardar los resultados. 7. Mida la corriente y el voltaje en el inductor usando la interface 3B NETlog como sensor de corriente y voltaje, graficar y ajustar los datos. guarde sus resultados. 8. En el mismo circuito RLC en serie armado en 4, ajuste la frecuencia a 20 Hz y mida la corriente en el circuito utilizando la interface 3B NETlog como sensor de corriente, ajustando el intervalo de medición a 20 μs y numero de datos a 5000. ajustar los datos a una función seno y anote sus resultados de amplitud de corriente y frecuencia angular en la tabla.
Observaciones :
Con este generador de señal, inyectaremos una señal senoidal y regularemos el valor de su frecuencia , que estará en el RLC
9. Repita el paso 8 para las frecuencia dadas. hasta completar la tabla.
Datos experimentales 1. De acuerdo a los datos y resultados gráficos obtenidos en el paso 3 del procedimiento , escriba la ecuación de ajuste La ecuación de ajuste es :
Determine la frecuencia de oscilación, la amplitud máxima, el coeficiente de amortiguamiento y compare dichos resultados con los correspondientes valores teóricos. justifique sus resultados. La frecuencia de oscilación = 375.15 /2 π = 59.0706 Hz La amplitud máxima = -3.0986 Valor experimental
Valor teorico
Frecuencia de red
59.07 ± 0.23 HZ
60 hZ
Voltaje eficaz
4.6 ± 0.23 rms
5rms
2. de acuerdo a los datos y resultados gráficos obtenidos en el paso 5 del procedimiento, escriba las ecuaciones de ajuste para el voltaje y la corriente. La ecuación es:
Determine los valores experimentales de la frecuencia de oscilación, la amplitud máximas, amplitud rms y el ángulo de desfase entre la corriente y voltaje con sus respectivos errores porcentuales.
Frecuencia de oscilación = 357.57/2π = 56.909 Amplitud máxima = -64.924 Amplitud rms = -45.901268
3. De acuerdo a sus datos y resultados gráficos obtenidos en el paso 6 del procedimiento , escriba las ecuaciones de ajuste para el voltaje y la corriente Determine los valores experimentales de la frecuencia de oscilación, amplitud máxima, amplitud rms y el ángulo de desfasaje entre la corriente y voltaje con sus respectivos errores porcentuales.
4. de acuerdo a sus datos y resultados gráficos obtenidos en el paso 7 del procedimiento, escriba las ecuaciones de ajuste para el voltaje y la corriente. De los datos obtenidos tenemos:
Determine los valores experimentales de la frecuencia de oscilación, la amplitud máxima. amplitud rms, y el ángulo de desfasaje entre la corriente y voltaje con sus respectivos errores porcentuales.
5. con sus resultados obtenidos en los pasos 8 y 9 del procedimiento , compete la siguiente tabla Frecuencia (Hz)
Io (mA)
(rad)
10
0.75
371.28
20
1.85
376.52
100
2.07
379.19
120
1.29
378.97
180
3.29
377.47
200
2.93
379.18
250
3.76
378.52
300
5.94
377.63
400
1.94
378.59
500
2.26
375.91
ω
Realizando una gráfica de la amplitud de la corriente en función de la frecuencia angular:
Analisis de Datos Luego de realiza el laboratorio se nota que cuano nos aproximamos al valor de la frecuencia de resonancia existe mayor amision de señal , existe menor resistencia y el circuito se torna puramente resistivo . Siempre existe una perdida de señal , a este fenómeno lo podenos relacionar al al resistencia que presenta el conductor . La señal muestra mucha distorsion debido a que nose ah aislado eléctricamente de fuentes ruidosas. La calidad de señal alterna se mide con el parámetro de THD Distorsion Armonica Total . con el cual se mide para poder saber la pureza espectral
de una sinusoide . se considera si el THD es menor a 5 %, la señal manifiesta linealidad para el sistema .
Cuestionario
1. construya mapas conceptuales acerca del circuito RLC en paralelo circuito RLC en aralelo
En Resonancia :
Curva e impedancias en un circuito paralelo
Curva de im edancias
2. construya un mapa conceptual sobre el fenómeno de resonancia en e l circuito RLC en serie
Circuito RLC ,en serie
Diagrama de fases vs frecuencia ciclica
Curva de selectividad
Cuestionario
circuito RLC sin fuente
Se da cuando el condensador está cargado por lo que en un circuito RLC sin fuente presenta una real de mallas:
Por lo que presenta una solución para esta ecuación diferencial de la siguiente forma: siempre que R< (2L/C)
relación de la corriente y el voltaje en la resistencia , condensador y la bobina
La relación que existe se debe a:
Por lo que la relación es:
Resonancia en circuito RLC
Es el fenómeno eléctrico por el cual el efecto reactivo tanto como el efecto capacitivo como inductivo existentes en el circuito se iguaklan , produciendo una disminución o aumento de la impedancia del sistema según la ispocicion serio o paralelo .
La impedancia en el caso de un RLC en serie se comporta deacuerdo a la grafica adjunta .
“ la impedancia se reduce a su mas minima expresión cuando se llega a la frecuencia de resonancia “
Adjunte las graficas e los resultados obtenidos
Anexos : Grafica de tensión en el resistencia del RLC
Grafica de condensador en circuito RLC:
Grafica de inductor en RLC serie
Conclusiones
El efecto que tiene un condensador, una bobina y una resistencia no afecta el valor de la frecuencia de red monofasica.
Para efectos en transmision de señales,existe un parametro, el THD (Distorsion armonica total) que garantizara la calidad de la señal sinusiodal.y que tendrá
efectos significativos en los circuitos de telecomunicaciones que son vulnerables a ruidos eléctricos.
Para poder medir la frecuencia de una señal sinusoidal se deb e usar un osciloscopio y para comparar las frecuencia de dos señales sinusiodales se usa el osciloscopio usando la opción de diagrama de Lissajous.
En el fenomeno de resonancia es, en terminos figurativos, la superpocicion de las oscilaciones del inductor y capacitor .
La diferencia en el desfasaje resultante , entre de la reactancia capacitiva y la reactancia nductiva ,es nula en la frecuencia de resonancia .
El angulo de desfasaje de la reactancia capacitiva adelanta la corriente y la reactancia inductiva retrasa la corriente respecto al voltaje el circuito.
Cuando el circuito RLC en serie .llega a la frecuencia de resonancia , tiene un comportamiento puramente resistivo ,debido a que su impedancia es infima ,lo cual puede ser aprovechado para realizar la maxima transmision de potencia .
En un circuito resonante el valor tiende a ser capacitivo,a medida que el valor en la inductancia se reduce por la frecuencia .
Con el fenomeno de resonancia , de manera implicita se establece un ancho de banda (BW).que dependera del factor e calidad en la bobina .
El ancho de banda ,posee mayor selectividad cuando el factor de calidad de la bobina (Q) es alta, este fenomeno fisico es idoneo para la recepcion o transmision de señales electromagneticas moduladas, en sistemas de transmision.
El fenomeno e resonancia (RLC), es excelente para flitrar señales, funciona como un flitro pasa banda.
El fenomeno de resonancia tiene una aplicación muy versatil se usa en: detectores de humo , celdas fotovoltaicas, disparador de bolsas de aire, Un crossover
Recomendaciones
Se tuvo problemas con el sensor 3B Netlog , nuevamente, lo cual dificulto el desarrollo del laboratorio.
Es necesario implementar un detector de corto circuitos en la tarjeta e experimentación ya que la probabilidad de error es latente.
El tiempo que se proporciono para el presente laboratorio fue muy corto, lo cual no se amplio en el fundamento teorico.
Bibliografía Tipler | mosca, Física para la ciencia y la tecnología 6 ° edición. Vol. 2 Circuitos eléctricos II , Ing Morales e Ing Lopez. Física Universitaria - Sears & Zemansky Decimosegunda Edición Electrostatica y Magnetismo,Lic Humberto Leyva Naveros
