FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA
“MEDIDA DE VALORES MEDIOS Y EFICACES” CURSO
:
LABORATORIO DE CKTOS ELECTRICOS II
LABORATORIO LABORATORIO Nº 3
MEDIDA DE VALORES MEDIOS Y EFICACES I.
OBJETIVO: Analizar Analizar y determinar en forma experimental los valores medios y eficaces con un circuito rectificador de media onda y onda completa.
II.
FUNDAMENTO TEORICO: El sigu siguien iente te labora laborator torio io se basa basa a las las medic medicion iones es de los los valor valores es medio medios s y efica eficaces ces utiliz utilizand ando o el ampe amperím rímetr etro o digita digitall de corri corrien ente te altern alterna a (CA) (CA) y lo amperímetro digital de corriente continua (CC). Como bien sabemos el valor medio es el Valor del área que forma con el eje de abcisas partido por su período. El valor medio se puede interpretar como la componente de continua de la onda sinusoidal. El área se considera positiva si está por encima del eje de abcisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo; y el valor eficaz es que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período, período, a este este valor valor se conoce conoce como R.M.S. R.M.S. ( root root mean mean square square, valor cuadrático medio). La frecuencia frecuencia:: Es el numero de ciclos por unidad de tiempo, se identifica con la letra “f” y la unidad usada en el sistema internacional es el ciclo por segundo, bautizado como Hertz. Las frecuencias frecuencias industriales mas usadas son: 60 Hz Perú, EEUU, México; 50hz Europa, Ecuador, Paraguay. Además se trabaja con valores más altos en la transmisión transmisión de datos o en telecomunicaciones, pero no serán mencionadas aquí:
El valor instantáne i nstantáneo o: De una tensión alterna sinusoidal es el valor de la fuerza electromotriz producida en un instante cualquiera. Es importante notar que todos los valores instantáneos ya sean de corriente o de tensión alterna se indican generalmente por las letras minúsculas. En una onda onda sinu sinuso soid idal al vemo vemos s que que a 0º, 0º, el valo valorr inst instan antá táne neo o “e” “e” de la fuer fuerza za
electromotriz es cero. Entre cero grados y 90º el valor de “e” aumenta de cero al valor máximo, es decir a Emax. Ahora entre 90º y 180º el valor de “e” disminuye disminuye del valor máximo a cero. En el próximo próximo medio medio ciclo “e” aumenta aumenta y disminuye disminuye de la misma manera manera pero en dirección opuesta. Así la tensión instantánea varia constantemente durante un ciclo completo de 360ª eléctricos.
El valor promedio: promedio: De un ciclo completo es cero, puesto que la onda negativa es igual y opuesta a la onda positiva. Sin embargo el termino Valor promedio cuando se aplica a una corriente alterna esta restringido al valor promedio de una onda ya sea positiva o negativa. La onda positiva de la onda sinusoidal es igual a la negativa y por lo tanto el área de cada una es igual. El valor promedio de una onda sinusoidal se define como el área de una onda dividida por la base de una onda. La base de una onda es de 180ª de largo pero para encontrar el área área de una superfici superficie e tan irregula irregularr como como la de una onda sinusoid sinusoidal al la onda onda deberá ser dividida en series de pequeños rectángulos cuyos arcos puedan ser fácilmente determinados. La suma de estas áreas pequeñas será entonces el área de la onda .la ecuación que nos indica el valor promedio es Valor promedio de la onda = 0.367 0.367 Emax
Potencia instantáne i nstantánea a: en el estudio de la corriente continua se ha demostrado que la potencia disipada como calor es una resistencia “R” es igual al cuadrado de la corriente multiplicada por la resistencia o sea se tiene “ I 2.R”. pero cuando fluye una corriente corriente alterna a través través de una resistencia resistencia la potencia disipada disipada no perma permane nece ce cons constan tante te duran durante te un ciclo ciclo comple completo, to, pues puesto to que la corrie corriente nte instantá instantánea nea cambia cambia constan constanteme temente nte con relació relación n al tiempo. tiempo. Sin embarg embargo o la potencia absorbida por la resistencia en cualquier instante es igual al cuadrado de la corriente instantánea multiplicada por la resistencia o sea “i2 .R” En este momento debe observarse que “ i 2” siempre es positivo aunque “i” tenga un valor negativo, ya que el cuadrado de un numero negativo es siempre positivo y mayor que cero.
Por lo tanto durante un periodo dado de tiempo, tal como un medio ciclo, una cierta cantidad de energía es proporcionada a la resistencia en forma de calor. Pero puede determinarse que un cierto valor de corriente continua pasando a través de la misma resistencia resistencia durante la misma cantidad de tiempo produce produce la misma disipación de calor que la corriente alterna. El valor de esa corriente contin continua ua se llama llama valor valor de cale calefac facció ción n equi equival valent ente e o valor valor efecti efectivo vo de la corriente alterna. La corriente efectiva se define como el área de una onda de la grafica de “i 2” o como la raíz cuadrada del valor promedio o r.m.s. por esta razó razón n el valor valor efect efectivo ivo es llama llamado do valor valor r.m.s. r.m.s. El valor valor efec efectiv tivo o pued puede e ser ser expresado de la siguiente manera: Valor r.m.s. de la onda = 0.7071 Imax Los instrumentos de corriente alterna nos arrojan valores eficaces, es decir el valor de la raíz cuadrada promedio. promedio. Teni Tenien endo do la noció noción n de todos todos estos estos conc concept eptos os estam estamos os aptos aptos para para poder poder realizar realizar nuestro siguiente laboratorio, el cual es medir y asi tener los resultados resultados de los valor alore es medio y efic ficaz de los circu rcuitos tos que a contin tinuaci uación ón pres presen enta tare remo mos, s, con con resi resist sten enci cias as dife difere rent ntes es;; y haci hacien endo do el uso uso de los los instrumentos que nos proporciona el laboratorio de nuestra escuela profesional.
III. III.
MATE MATERI RIAL ALES ES,, EQU EQUIP IPOS OS E INST INSTRU RUME MENT NTOS OS::
•
Un autotransformador o transformador. transformador.
Un autotrans autotransform formador ador es una máquina eléctrica, eléctrica , de constr construcc ucción ión y cara caract cter erís ísti tica cas s simi simila lare res s a las las de un transformador, pero que a diferencia de éste, sólo posee un único devanado alrededor del núcleo. Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexión eléctrica, eléctrica, llamados tomas. La fuente de tensión y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) devanado) es una conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a un voltaje diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso).
•
Un generador de señal.
El generador de señal es un equipo electrónico auxiliar utilizado para producir señales eléctricas que se usan como estimulo en las pruebas de un determinado equipo o subsistema bajo ensayo. Es una de las piez piezas as clave clave de cual cualqui quier er labor laborato atorio rio de diseñ diseño o o test test de siste sistema mas s electrónicos del que sólo se puede prescindir cuando trabajemos con circuitos que trabajen únicamente en dc.
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Un amperímetro analógico de CC.
•
Un amperímetro analógico de CA.
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Dos resistores de cerámica.
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Un panel de prueba.
•
Cables de conexión.
IV.
PROCEDEMIENTO:
1. Armar Armar el circuito circuito de la la figura figura numero numero 1. 1.
2.
Conectar entre los bornes A1 el amperímetro analógico de CA, y entre los bornes A2 el amperímetro analógico de CC.
3. Vari Variar ar la tens tensió ión n de sali salida da del del auto autotr tran ansf sfor orma mado dorr desd desde e cero cero tene tener r cuidado de no recalentar los resistores R1 y R2. 4. Aume Aument ntad ado o desd desde e cero cero la tens tensió ión n de sali salida da del del auto autotr tran ansf sfor orma mado dor, r, conseguir una serie de valores, tenga cuidado de no exceder al rango de los instrumentos. 5. Para Para cada valor valor de tensión, tensión, tomar tomar el valor valor de los amperím amperímetros etros,, tanto a la entrada (R1), como a la salida del circuito (R2). Tomar un juego de 10 valores. 6.
Utiliz Utilizar ar el gener generad ador or de seña señales les en igua iguall que que el trans transfor forma mador dor o el autotransformador, autotransformador, en la función triangular. triangular.
7. Repetir Repetir el paso paso 5, 5, tomar tomar un un juego juego de de 5 valores valores..
8. Repetir Repetir los los Pasos Pasos anterior anteriores es para para el siguien siguiente te circuito circuito..
V.
CUESTIONARIO:
1. Expli Explique que el funcion funcionam amien iento to del del ampe amperím rímetr etro o de CC, emplea empleado do en la práctica. Este amperímetro también puede medir CA pero rectificándolo previamente. Este Este lo pudi pudimo mos s ver ver en el mult multim imet etro ro;; como como noso nosotr tros os sabe sabemo mos s que que el ampe amperím rímetr etro o de CA es un galva galvanóm nómetr etro o que que sirve sirve para para medir medir pequ pequeña eñas s cantidades de corriente con una resistencia llamada shunt Los amperímetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmnio, debido a que no se disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado. La resi resiste stenc ncia ia Shun Shuntt ampli amplia a la escal escala a de medic medición ión.. Esta Esta es conec conectad tada a en paralelo al amperímetro y ahorra el esfuerzo de tener otros amperímetros de menor rango de medición a los que se van a medir realmente. 2. Expli Explique que el funcion funcionam amien iento to del del ampe amperím rímetr etro o de CA, emplea empleado do en la práctica.
El amperímetro de CA mide la corriente en forma alterna desde 0 hasta los 250 A, osea corrientes eléctricas mas elevadas que en la continua que como máximo mide hasta 30 A.
3. Descr Describa iba el funcionam funcionamiento iento del del amperíme amperímetro tro de hierro hierro móvil. móvil. Está formado por una bobina por la que circula la corriente que produce el campo magnético. Pero, en este caso, la bobina es fija y no hay imán fijo que cause su giro. En su lugar, se fija un trozo de hierro a la bobina y otro unido a una aguja móvil sobre un pivote. Cuando circula corriente por la bobina, bobina, ambos trozos trozos de hier hierro ro se trans transfor forma man n en imane imanes s por por el efect efecto o magn magnéti ético co de la corriente y mutuamente se repelen, sin importar el sentido de dicha corriente. En este caso se utiliza un resorte para controlar el movimiento de la aguja. aguja. La magn magnitu itud d de la fuerz fuerza a de repuls repulsión ión y por por cons consigu iguien iente te la ampl amplitu itud d del del movimiento de la aguja dependen de la cantidad de corriente que circula por la bobina. En este modelo de amperímetro no importa el sentido de la corriente que circula, por lo tanto, puede usarse para corriente continua y corriente alterna indistintamente.
4. Deter Determin minar ar la relac relación ión que existe existe entre entre los valor valores es obten obtenidos idos por los amperímetros amperímetros analógicos La relación que existe entre los valores obtenidos en la práctica nos da que por el amperímetro de corriente alterna pasa más corriente que por el amperímetro amperímetro de corriente continua. N1
A1/A2 (1º ckto.)
A1/A2 (2º ckto.)
1
10
12.3
2
12
11.11
3
12
10.9
4
12.3
11.31
5
12.36
11.15
6
11.87
11.13
7
11.86
11.09
5.
8
11.80
11.02
9
11.68
10.83
10
11.71
10.92
11
11.55
10.98
12
11.93
10.94
Comp Compar are e los los valo valore res s encon ncontr trad ados os entre ntre el prim primer er circ circui uito to y el segundo explique las l as divergencias.
N1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
47
57
70
79
85
104
116
126
142
6.7
7.5
8.9
9.9
10.9
11.9
A1(mA)
9
24
A2(mA)
0.9
2
3
3.8
4.8
5.9
N1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A1(mA)
16
40
60
86
106
128
152
168
194
213
235
256
A2(mA)
1.3
3.6
5.5
7.6
9.5
11.5
13.7
15.5
17.6
19.5
21.4
23.4
Vemos que la divergencia entre los circuitos 1 y 2; es distante debido a que los valores del circuitos 2 son mas elevados.
6. CONCL ONCLUS USIO ION NES: ES:
Determi Determinam namos os en forma forma experim experimenta entall los valores valores medios medios y eficaces eficaces con un circuito rectificador. rectificador. Si
medi medimo mos s corr corrie ient nte e alte altern rna a se debe debe rect rectif ific icar ar prev previa iame ment nte, e, con con los los
instrumentos de hierro móvil se puede medir corriente continua y alterna.
Los instrumentos de bobina giratoria sin conexiones adicionales miden solo intensidades continuas.
7. BIBLI IBLIOG OGR RAFIA AFIA::
•
Guía de laboratorio de circuito II.
•
Principios de Electrónica, Sexta Edición, Edición, Albert Paul Malvino. Malvino.
•
Instrume Instrumentac ntación ión Electró Electrónica nica Moderna Moderna y Técnica Técnica de Medición Medición,, Albe Albert rt D. Helfrick, William D. Cooper, Ed. Prentice Hall Hispanoamericana, Hispanoamericana, S. A., 1991.
•
Electronics Workbench
•
http://www.ifent.org/lecciones http://www.ifent.org/lecciones/CAP08/cap08-05 /CAP08/cap08-05.asp .asp TRIANGULAR CON 1 V:
CON 2V:
CON 3V:
CON 4V:
CON 5V:
CON 6V:
CON 7V:
CON 8V:
CON 9V:
CON 10V:
