PRACTICA Nº1 VALORES CARACTERISTICOS DE LAS ONDAS SENOIDALES OBJETIVOS -
Analizar y determinar en forma experimental los valores medios y eficaces en un circuito de corriente alterna (C.A.) resistivo, con rectificador de media onda y con rectificador de onda completa. Conocer los instrumentos que miden estos valores (valor medio y valor eficaz). Verificar el valor de la frecuencia (60Hz).
FUNDAMENTO TEÓRICO La onda senoidal La onda senoidal es el tipo más común de señal alterna ya que es la única que puede producirse directamente por generadores o alternadores. alt ernadores. El servicio de energía provisto por las compañías que generan electricidad electr icidad está en forma senoidal. s enoidal. De hecho, hec ho, esta onda es la gráfica de la función matemática seno. Es continua y periódica de periodo 2π. Este tipo de ondas son vistas en la corriente alterna, puesto que en ésta, la dirección del flujo eléctrico cambia constantemente en el tiempo, y cada uno de estos cambios es representado en la gráfica por un ciclo, puesto que se considera que la carga va aumentando hasta llegar a su máximo, luego disminuye hasta cero y da paso al siguiente sentido.
Fig. 1 Como se muestra en la Fig. 1, 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.
A continuación se detallan las características de la onda senoidal:
a) Amplitud o valor máximo (V max): Es el máximo valor de una forma de onda que siempre se designa con letras mayúsculas.
b) Valor instantáneo (v): Es la magnitud de la forma de onda en cualquier instante y se designa con letras minúsculas.
c) Periodo (T): Intervalo de tiempo entre dos picos sucesivos de i gual signo de una forma de onda periódica.
d) Ciclo (c): Porción de una forma de onda contenida en un periodo de tiempo (onda completa).
e) Frecuencia (f): Número de ciclos que ocurren en un segundo. Es la inversa del periodo. Se mide en Hertz (Hz). Un Hz equivale a un ciclo por segundo.
f) Ángulo de gase ( Ө): Es el ángulo que se mide desde el origen de la onda hasta el origen de las coordenadas. Existen también valores notables en ondas senoidales, ya que cumplen con los siguientes requisitos: ser periódica, continua y simétrica. Así se tiene: a)
Valor pico (Vp): Es el valor del voltaje o la corriente en el máximo positivo o negativo con respecto a cero.
b)
Valor pico a pico (V pp): Es el valor del voltaje o de corriente entre los puntos máximo y mínimo. Es el doble del valor pico.
c)
Valor RMS (VRMS): El término RMS se refiere a “Root Mean Square”. En ocasiones también nos referimos a él como valor efectivo o eficaz. Es igual al voltaje DC que produce la misma cantidad de calor en una resistencia que el voltaje senoidal. El valor pico de una señal senoidal puede ser convertido a RMS usando la siguiente relación: VRMS = 0.707*V p. Todos los instrumentos que miden alguna magnitud eléctrica de corriente alterna nos indican el valor eficaz de la onda de dicha magnitud. El valor RMS está definido por la siguiente expresión:
= √ ∫ ([ )]
d)
Valor medio (Vmedio): 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 y está definido por la siguiente expresión:
= ∫()
La relación del valor medio y el valor pico es la siguiente: V medio = 0.636*V p. Esta relación es valida cuando se evalúa la mitad del periodo (por ejemplo, de 0 a π)
En la Fig. se muestran los valores notables de una onda senoidal típica. Así, siempre se cumple la siguiente relación:
> >
Medida de voltajes Generalmente cuando se habla de voltaje, se quiere realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Pero normalmente uno de los puntos está conectado a masa (0V) y entonces se simplifica hablando del voltaje en el punto A (cuando en realidad es la diferencia de potencialmente el punto A y el de masa GND). Los voltajes pueden también medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Es muy importante especificar que tipo de voltaje se está midiendo.
El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otras medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la intensidad o la potencia). Los cálculos para señales CA pueden ser complicados, pero siempre el primer paso para medir otras magnitudes es empezar por el voltaje.
Utiliza la línea vertical central para obtener precisión
Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales 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 se puede desplazar individualmente por la pantalla.
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.
Utiliza la línea horizontal central para obtener precisión
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En la experiencia, se utilizó los siguientes elementos:
1 osciloscopio
1 Variac monofásico 0-230 V, 3.2ª
1 Voltímetro
1 multímetro digital
Conductores eléctricos
Se siguieron los siguientes pasos:
1.- Armar el circuito de la figura.
VARIAC MONOFASICO
* V *
O.R.C
* H *
2.- 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 V.
3.- Variando la tensión del variac monofásico, medir la tensión en el voltímetro y en el osciloscopio para un juego de 20 valores.
Numero 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Voltímetro 10,09 32,65 53 74,9 99,2 110,9 142,7 167,3 195,2 213,8
V pico 13,6 44 72,2 103 137 152 195 229 266 293
V pico-pico 27,7 88,7 143 202 269 301 333 451 525 575
V eficaz 9,62 31,11 51,05 72,83 96,87 107,48 137,89 161,93 188,93 207,18
V medio 0,02 0,01 0,02 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0 0,1
Periodo 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017
Frecuencia 59,97 60,03 59,97 60,05 60,02 59,92 60,01 59,97 60,97 60,01
CUESTIONARIO 1.- ¿Qué es el valor eficaz de una onda y como se determina? Da idea de la forma de onda. Se define como factor de amplitud o factor de cresta a la relación entre el valor de cresta o máximo y el valor eficaz. Se define el valor eficaz de una corriente alterna, como aquel valor que llevado a corriente continua nos produce los mismos efectos caloríficos.
2.- ¿Qué es el valor medio de un onda y como se determina? En la clasificación del apartado anterior, hay que añadir en las señales periódicas, que estas se van a caracterizar por los denominados valores medios y eficaces Valor medio por definición, para una función periódica de periodo T, es la media algebraica de los valores instantáneos durante un periodo. Valor eficaz es la media cuadrática de los valores instantáneos durante un periodo completo. Se define como factor de forma a la relación entre el valor eficaz y el valor medio. Da idea de la forma de onda. Se define como factor de amplitud o factor de cresta a la relación entre el valor de cresta o máximo y el valor eficaz.
3.- ¿Qué es el valor pico de una onda variable? Es el valor de una corriente rigurosamente constante (corriente continua) que al circular por una determinada resistencia óhmica pura produce los mismos efectos caloríficos (igual potencia disipada) que dicha corriente variable (corriente alterna). En ocasiones también nos referimos a él como valor RMS. El término RMS se refiere a “Root Mean Square”. Se determina a través de la siguiente fórmula:
Ejemplo:
= √ ∫ ([ )]
4.- ¿Qué es el periodo en una onda variable y como se determina? Se define al valor medio de una forma de onda o señal como la media de todos los valores que definen dicha onda, es decir, al área bajo la curva entre dos puntos dados. Se determina a través de la siguiente fórmula:
= ∫()
5.- Explique las diferencias entre el valor medio y el valor eficaz. A primera vista, podría parecer que el valor medio de una onda sería más útil. Este valor depende de la onda completa, no de la medida s obre un solo punto como el valor de pico. Lamentablemente, el valor medio se presenta raramente en el tratamiento matemático de las formas de ondas. Es un parámetro de relativa poca importancia, aunque es bastante fácil de medir con un circuito rectificador simple.
Los instrumentos de valor medio serían mucho más populares si no fuera por el hecho de que pequeñas desviaciones de una sinusoide, puede ocasionar errores importantes. Estos son causados por la distorsión resultado de la naturaleza de la técnica. He allí la diferencia con el valor eficaz. Lo que realmente se mide es el valor medio rectificado de la señal de CA y luego se muestra el valor sobre una escala calibrada en el equivalente RMS. El punto crucial es que la calibración está basada en la relación matem ática precisa entre el valor medio y el valor RMS de una onda sinusoidal sin distorsión.
6.- ¿Que clase de instrumentos miden el valor eficaz, y cuales miden el valor medio?
Instrumentos que miden el valor eficaz: -
Tipo Rectificador: estos voltímetros indican valores RMS para ondas senoidales solamente. Toda medición que se realice sobre una señal que no sea de este tipo será errónea. Para indicar el valor utilizan un sensor de valor medio, que luego de ser multiplicado por 1.11, da por resultado el valor RMS de la s eñal.
-
Tipo Promedio: son generalmente del tipo digital y también utiliz an un sensor de valor medio. Una vez medido dicho valor, lo multiplican por distintas constantes para obtener el valor RMS, el valor pico o el valor promedio, según sea el caso. Al igual que el tipo anterior de instrumento, todas estas indicaciones son validas si se mide sobre una señal senoidal.
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True RMS: estos tipos de instrumentos son los más costosos, y a su vez, precisos. Utilizan procesamiento de señales digitales, lo que asegura una medición exacta. No importa que tan extraña sea la señal AC a medir, el valor RMS que indicará siempre será el correcto.
Instrumentos que miden el valor medio: -
Cualquier instrumento magnetoeléctrico de bobina móvil, como voltímetros o galvanómetros.
7.-
¿Qué es una fuente rectificadora?
Una fuente rectificadora, significa '' mudar '' la corriente alterna en corriente directa, el sentido rectificar no es '' hacer una corrección '' como alguien te esta diciendo el origen , la razón que se usa '' rectificar '' en electrónica. 8.- ¿A que se denomina diodos de potencia y cual es su uso?
Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo. Los diodos de potencia se caracterizan porque en est ado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuert e tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.
El diodo responde a la ecuación:
9.- ¿Cuáles son las funciones principales de un osciloscopio?
Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. 10.- Comparar las lecturas obtenidas por el osciloscopio y por el multímetro, encontrar el error absoluto y explicar las causas que creen son motivo de las divergencias halladas entre éstas.
CONCLUSIONES -
Existen cuatro valores notables en ondas senoidales: el valor pico, pico-pico, medio y eficaz o RMS.
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Al ser una onda senoidal periódica, continua y simétrica, existen relaciones entre sus valores notables que pueden ser calculados de forma simple. Así se tiene:
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Los errores porcentuales son relativamente pequeños, lo que demuestra que las mediciones se llevaron correctamente.
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Existen diversas clases de errores, que se cometen en simultáneo cuando se realizan procesos de medición en una experiencia, que constituyen las principales causas que originan las discrepancias entre los valores teóricos y los experimentales.
BIBLIOGRAFÍA -
http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_senoidal http://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficaz http://www.qmax.com.ar/NotasAplicacion/NA4.pdf http://www.tecnicaindustrial.es/TIAdmin/Numeros/31/40/a40.pdf http://www.electronicafacil.net/tutoriales/CARACTERISTICASOSCILOSCOPIO-GENERADOR-FUNCIONES.php http://www.webelectronica.com.ar/news05/news05/nota03.htm http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas32.htm
