INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA Unidad Zacatenco
Equipo 5 Hernández Pérez Esteban León Cruz Víctor Manuel Manuel Morales Jerónimo Asiel
Docente: Avellaneda Godínez Rey Ulises Laboratorio de Circuitos de CA y CD Acoplamientos Magnéticos” Practica 6: Acoplamientos “
Grupo: 3CV13 Fecha de realización: Noviembre 30, 2015 Fecha de entrega: Diciembre 7, 2015 Ciclo Escolar: Septiembre 2015 – Enero 2015 Carrera: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
INDICE Objetivo ................................................................................................................... 2
Introducción ............................................................................................................. 2
Equipo de laboratorio y componentes ..................................................................... 5
Procedimiento ......................................................................................................... 5
Análisis .................................................................................................................. 13
Conclusiones ........................................................................................................ 15
Bibliografía ........................................................................................................... 15
PRACTICA 6, EQUIPO 5, 3CV13
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OBJETIVO Usando un generador de funciones, un Óhmetro, un voltímetro y un amperímetro, ambos de ca, se obtienen los valores de las inductancias, propias y mutuas, de un transformador lineal. Con los valores de estas inductancias se encuentra el coeficiente de acoplamiento k.
INTRODUCCION La bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior. Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condición anterior. Las bobinas se miden en Henrios (H.), pudiendo encontrarse bobinas que se miden en mili Henrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de:
El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
La longitud del cable de que está hecha la bobina.
El tipo de material de que esta hecho el núcleo si es que lo tiene.
¿Qué aplicaciones tiene una bobina?
Una de la aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra vida diaria es las bobinas que se encuentran en los transformadores para reducir o elevar el Voltaje.
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En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama reactor En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y sólo obtener corriente continua en la salida.
Símbolo de la bobina En la Física, la inductancia será aquella propiedad que ostentan los circuitos eléctricos por la cual se produce una fuerza electromotriz una vez que existe una variación en la corriente que pasa, ya sea por el propio circuito o por otro próximo a él. Una bobina o inductor tiene la propiedad de oponerse a cualquier cambio en la corriente (corriente variante en el tiempo) que lo atraviesa. Esta propiedad se llama inductancia. En electrónica se denomina acoplamiento magnético al fenómeno físico por el cual el paso de una corriente eléctrica variable en el tiempo por una bobina produce una diferencia de potencial entre los extremos de las demás bobinas del circuito. Cuando este fenómeno se produce de forma indeseada se denomina diafonía. Este fenómeno se explica combinando las leyes de Amper y de Faraday. Por la primera, sabemos que toda corriente eléctrica variable en el tiempo creara un campo magnético proporcional también variable en el tiempo. La segunda nos indica que todo flujo magnético variable en el tiempo que atraviesa una superficie cerrada por un circuito induce una diferencia de potencial en este circuito. Para el análisis de circuitos con bobinas acopladas se suele fijar un terminal de cada una de las bobinas —generalmente marcándolo con un punto —, de forma que si la corriente en todas las bobinas es entrante o saliente por e se terminal, las tensiones inducidas en cada bobina por acoplamiento magnético con las demás serán del mismo sentido que la tensión de la propia bobina, por lo que se sumarán a esta. Por el contrario, si en una de las bobinas la corriente es en trante por el terminal marcado y en otra es saliente, la tensión inducida entre ambas se opondrá a la tensión de cada bobina.
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El valor de la tensión inducida en una bobina es proporcional a la corriente de la bobina que la induce y al denominado coeficiente de inducción mutua, represen tado con la letra M, que viene dado por la expresión:
Donde K es el coeficiente de acoplamiento que varía entre 0 (no existe acoplamiento) y 1 (acoplamiento perfecto) y L1 y L2 las inductancias de las dos bobinas. Por lo tanto, la tensión total en una bobina L1 por la que pasa una corriente I1 acoplada magnéticamente con otra bobina L2 por la que pasa una corriente I2 vendría dada por la expresión:
Dependiendo el signo de la posición del terminal de referencia de cada bobina con respecto a las corrientes que las atraviesan.
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EQUIPO DE LABORATORIO Y COMPONENTES Generador de funciones Voltímetro CA Miliamperímetro CA Ohmetro Transformador lineal
PROCEDIMIENTO 1. Antes de conectar el circuito, con el óhmetro mida la resistencia interna de la bobina.
2. Con los instrumentos y componentes construya el circuito de la figura 6.1. En seguida ajuste el generado de funciones para que proporcione una onda senoidal con frecuencia de 500 Hz, y con el voltímetro verifique que su voltaje sea de 4 Vrms. Con el miliamperímetro mida la corriente que circula por la bobina L11.
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Figura 6.1. Circuito para la investigación de las inductancias propias.
Vrms de la señal de 500Hz
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Circuito de fig. 6.1 montado y Corriente en L11 3. Para la bobina L22, repita los procedimientos 1 y 2.
Resistencia interna de L22 PRACTICA 6, EQUIPO 5, 3CV13
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Corriente en L22 4. Conecte las bobinas en modo serie-aditivo como se muestra en la figura 6.2(a) y repita el procedimiento 2.
Figura 6.2(a). Conexión aditiva de dos bobinas mutuamente acopladas
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Corriente en L11 en modo serie-aditivo PRACTICA 6, EQUIPO 5, 3CV13
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Vrms de L11 en modo serie-aditivo
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5. Conecte las bobinas en modo serie-sustractivo como se muestra en la figura 6.2 (b) y repita el procedimiento 2.
Figura 6.2 (b). Conexión sustractiva de bobinas mutuamente acopladas.
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Corriente en L11 en modo serie-sustractivo
Vrms en L11 en modo serie-sustractivo PRACTICA 6, EQUIPO 5, 3CV13
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Análisis 1. Con los resultados del procedimiento 1, 2 y 3, y la ecuación teórica de la inductancia de una bobina. Calcule las inductancias L 11 y L22 del transformador lineal.
Ecuación teórica
| | = || Donde:
f = frecuencia = 500Hz v = voltaje = 4V ω=velocidad angular= 2πf = 2π500 = 1000π rad/seg
En L11 R = resistencia = 59.4 Ω I = intensidad = 6.5 mA
En L22
| | 1 4 = 1000π |6.510−| (59.4) = 0.19497
R = resistencia = 43.2 Ω I = intensidad = 12.51 mA
| | 1 4 = 1000π |12.5110−| (43.2) = 0.1008 2. Con los resultados del procedimiento 4 y 5 calcule las inductancias serieaditiva y serie-sustractiva
Aditiva Laditiva= L11 + L22 + 2L12 Entonces:
= |||| = 1000(6.4.52 ∗ 10−) = 0.2057
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= 0.19497 + 0.1008 + 2(0.2057) = 0.70717
Sustractiva:
L sustractiva= L11 + L22 - 2L12 Entonces:
= 0.19497 +0.1008 2(0.2057) = 0.11563 ) ( = 0.25( = 0. 2 5[0. 7 0717 0. 1 1563)] = 0.2057
3. Con el resultado del análisis 2 calcule la inductancia mutua
4. Con los valores de las inductancias, propias y mutuas, calculadas y la ecuación teórica respectiva. Calcule el valor del coeficiente de acoplamiento K.
0.20571008) = 1.4673040957122074 = √ = √ 0 .19497(0.
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CONCLUSIONES
Hernández Pérez Esteban Con esta práctica se pudo aprender, constatar y verificar la forma en cómo es posible calcular las inductancias propias y mutuas de bobinas acopladas magnéticamente, a partir de mediciones físicas en un circuito alimentado por un generador de funciones, realizadas con un voltímetro y un miliamperímetro, así con base de estas mediciones y cálculos de impedancias, es posible calcular el coeficiente de acoplamiento k de dichas bobinas acopladas.
Manuel Morales Jerónimo Manuel En esta práctica pudo apreciarse cómo funcionan las bobinas, así como comprender que cuando hay un acoplamiento magnético existe un intercambio de energía. También no propiamente las inductancias propias y mutuas deben ser propuestas de algún problema o sacado de un libro para calcularlas pues también se pueden hacer las mediciones físicas y a partir de ello obtenerlo. Sin olvidar que un acoplamiento tiene muchas funciones y una de ellas es} pueda transformar energía mecánica en eléctrica y viceversa.
León Cruz Víctor Manuel En la práctica de acoplamientos magnéticos con ayuda de los instrumentos de laboratorio se obtuvieron las medidas necesarias del transformador lineal / bobinas acopladas, los valores de las inductancias mutuas y propias, de esta manera se calculó el coeficiente de acoplamiento k, ya con los cálculos de las formula se comprobó el coeficiente k.
BIBLIOGRAFÍA
http://unicrom.com/Tut_bobina.asp
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