Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2
Laboratorio N° 3 Medición de las reactancias inductiva, capacitiva capacitiva y la impedancia total 1. Ob Obje jeti tivo vos s a) Determinar Determinar experimenta experimentalmente lmente las impedancias inductivas, capacitivas y totales de circuitos serie RL, RC y RLC mediante la relaci!n de tensi!n e intensidad de corriente en los elementos pasivos de los circuitos de corriente alterna. b) Demostrar Demostrar la "orma "orma "asorial "asorial de la tensi!n tensi!n y corriente corriente como "orma de representaci!n de las impedancias de un circuito de corriente alterna. c) Demostrar Demostrar las "ormas "ormas de representa representaci!n ci!n de las las impedancias impedancias total, inductiva y capacitiva. d) Dominar y mane#ar mane#ar el osciloscopio osciloscopio para para anali$ar anali$ar e interpreta interpretarr las se%ales se%ales obtenidas en cuanto a medici!n de tensi!n, "recuencia, des"ase, periodo, etc.
2. Pr Proc oced edim imie ient nto o a) Circuito de impedancia inductiva &eleccionamos los valores te!ricos del circuito' !"#
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Fig 1. Formas de onda de corriente y tensión de entrada b) Circuito de impedancia capacitiva &eleccionamos los valores te!ricos del circuito'
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Fig 2. Formas de onda de corriente y tensión de entrada c) Impedancia total de un circuito &eleccionamos los valores te!ricos del circuito'
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Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2
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Fig 3. Formas de onda de corriente y tensión de entrada
3. /uestionario para la discusión de resultados
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Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2 3.1. - escala adecuada dibuje el dia*rama %asorial de tensión y corriente total para los datos re*istrados en 4la No. 1 de cada uno de los circuitos5 L, /, L/ Diagrama fasorial del circuito RL:
Diagrama fasorial del circuito RC:
Diagrama fasorial del circuito RLC:
3.2. 6e los par7metros de las admitancias de cada uno de los circuitos ensayados L, / y L/ dmitancias en Circuito RL + !+# (( ( * - /
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Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2 + !+# (( ( * - /
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8 !9# ./ ./ ./2/ ./ .-+1 .-- ./
3.3. :6e ;u< ma*nitudes reactancia de un inductor=
8 'L !9# .2 .(* .(* .2( .2( .2( .(-
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8 total !9# .1 .21 .2+ .2.2.2 .2
constructivas
depende
la
&abemos ue la inductancia y la reactancia de una bobina se calculan de la si3uiente manera' Φ L= N I X L= ωL= 2 πfL
Entonces, podemos concluir ue la reactancia de un inductor var4a, primeramente, por el n5mero de vueltas de la bobina, y también por el valor de la "recuencia de la red, en nuestro pa4s la "recuencia es un valor constante 6- 7$). 3.>. :6e ;u< ma*nitudes reactancia de un capacitor=
variables
y
constructivas
depende
la
&abemos ue la capacitancia y la reactancia de un capacitor se calculan de la si3uiente manera' A C =ε d
X C =
1
ωC
=
1 2 πfC
-
Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2 Entonces, decimos ue, la reactancia de un capacitor var4a de manera directa con la distancia ue existe entre las placas paralelas y de manera inversa al área de estas placas, a la permitividad, una constante dieléctrica ue var4a con respecto al material ue existe entre las placas. 8ambién var4a de manera inversa a la "recuencia de la red. 3.?. 6e al*unos ejemplos de circuitos L, / y L/ en los sistemas de potencia e industria. 6e una breve eplicación de sus aplicaciones. Circuito e!uivalente de una l"nea de transmisión de dos ca#les paralelos
Las l4neas de transmisi!n son utili$adas en la transmisi!n de ener34a, 3eneralmente son de alta tensi!n para as4 evitar pérdidas, ya ue es me#or mane#ar altas tensiones ue altas corrientes debido a ue necesitar4amos conductores de mayor secci!n transversal. Circuito e!uivalente de un transformador
Los trans"ormadores también se usan en la transmisi!n y distribuci!n de ener34a, elevando o reduciendo la tensi!n en una subestaci!n eléctrica. 3.@. :Por ;u< es importante ;ue el 7n*ulo de des%ase de una impedancia total sea de valor m7s pe;ueAo posibles para aplicaciones industriales= undamente su respuesta. 9rimeramente, vamos a de:nir lo ue es el "actor de potencia 6;9). El ;9 es la relaci!n ue existe entre la potencia activa y la potencia aparente en un circuito
Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2 de corriente alterna, se puede decir también ue es una medida de la capacidad de una car3a de absorber potencia activa de la red. 8ambién podemos de:nir al ;9 como'
P FP= = cos ∅ S
Donde < representa el án3ulo de des"ase entre la onda de tensi!n y corriente o también el án3ulo de la impedancia total. 7aremos un e#emplo para ver la importancia ue tiene el án3ulo de la impedancia' &upon3amos ue 2 clientes están conectados a 22 = y consumen una potencia de ( > con car3as' Z 1=38.73 ∠ 36.87 ° y Z 2= 24.20 ∠ 60 ° Cliente (' 1000 P I 1 = = =5.68 A V cos ∅1 220 ( 0.8 ) S 1=V I 1 =1250 VA
Cliente 2' 1000 P = =9.09 A I 2 = V cos ∅2 220 ( 0.5 ) S 2= V I 2 =2000 VA
A?ora bien, podemos notar ue el cliente 2 tiene mayor demanda de corriente, por lo ue necesitar4a conductores con mayor secci!n transversal, y a su ve$ la potencia aparente es mayor por lo ue el costo de instalaci!n alimentadora ser4a más costoso en comparaci!n del cliente (, uien demanda menor corriente para la misma potencia. 9odemos concluir ue lo ue una industria busca es un ;9 cercano a la unidad. Como también el ;9 depende del án3ulo de la impedancia total podemos decir ue a menor án3ulo mayor ;9, entonces nos conviene un án3ulo menor para ue el ;9 se acerue a la unidad.
>. nvesti*ación complementaria >.1. 6e4na el %enómeno de la resonancia en circuitos el
Lab. Análisis de Circuitos Eléctricos 2 La resonancia se produce cuando cBL, entonces la impedancia ueda como Z = R
, es decir ue la impedancia de un circuito serie en resonancia es m4nima
y por lo tanto la intensidad de corriente es máxima en dic?as condiciones. >.2.
/omo varBa la inductancia y capacitancia a mayor %recuencia
La inductancia se comporta como circuito abierto a mayor "recuencia mientras ue la capacitancia como un corto circuito, debido a' X L= 2 πfL En el caso del inductor, mientras ue la "recuencia sube, la reactancia cada ve$ es mayor y se aseme#a a un circuito abierto. X C =
1 2 πfC
9or otro lado, en un capacitor, mientras ue la "recuencia sube, la reactancia cada ve$ es menor por lo ue podemos decir ue es un corto circuito.
?. /onclusiones y observaciones Determinamos de manera experimental los valores de las reactancias tanto
inductivas como capacitivas, además de la impedancia total. =imos en el circuito RL y RLC ue la inductancia #ue3a un papel importante debido a la tensi!n ue se le aplica. La reactancia inductiva aumenta a medida ue nosotros disminuimos el volta#e de alimentaci!n, esto lo ?emos comprobado tanto en el circuito RL como en el RLC. En el circuito RLC, pudimos observar en las mediciones de ue las tensiones tanto en el inductor como en el capacitor eran mayores a la tensi!n de alimentaci!n, esto es debido a ue están resonando tanto el inductor como el capacitor e intercambian ener34a entre ellos. El circuito RLC tiene un comportamiento inductivo, debido a ue la tensi!n se adelanta con respecto a la corriente o también la corriente se atrasa con respecto a la tensi!n en todas las medidas tomadas.
@. e%erencias Ciblio*r74cas C?arles . Alexander, att?e F. G. &adiHu, I;undamentos de circuitos eléctricosJ, cKra 7ill, 1ra. edici!n, 2-. Circuitos de Corriente Alterna, erc?ner Corcoran, +ta edici!n Circuitos Eléctricos, Mosep? A. Edminister Circuitos Eléctricos, Mesus ;raile ora (ra edici!n
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