FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA

“MEDIDA DE VALORES MEDIOS Y EFICACES”

CURSO : LABORATORIO DE CKTOS ELECTRICOS II

LABORATORIO Nº 3

MEDIDA DE VALORES MEDIOS Y EFICACES

I. OBJETIVO:

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 siguiente laboratorio se basa a las mediciones de los valores medios y eficaces utilizando el amperímetro digital de corriente alterna (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, a este valor se conoce como R.M.S. (root mean square, valor cuadrático medio).

La 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 industriales mas usadas son:

60 Hz Perú, EEUU, México; 50hz Europa, Ecuador, Paraguay.

Además se trabaja con valores más altos en la transmisión de datos o en

telecomunicaciones, pero no serán mencionadas aquí:

El valor instantáneo: 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 sinusoidal vemos que a 0º, el valor instantáneo “e” de la fuerza

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 del valor máximo a cero. En el

próximo medio ciclo “e” aumenta y disminuye de la misma manera pero en

dirección opuesta. Así la tensión instantánea varia constantemente durante un

ciclo completo de 360ª eléctricos.

El valor 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 de una superficie tan irregular como la de una onda sinusoidal la 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 Emax

Potencia instantánea: 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 “ I2.R”. pero cuando

fluye una corriente alterna a través de una resistencia la potencia disipada no

permanece constante durante un ciclo completo, puesto que la corriente

instantánea cambia constantemente con relación al tiempo. Sin embargo 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 “ i2” 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 durante la misma cantidad de tiempo produce la

misma disipación de calor que la corriente alterna. El valor de esa corriente

continua se llama valor de calefacción equivalente o valor efectivo de la

corriente alterna. La corriente efectiva se define como el área de una onda de

la grafica de “i2” o como la raíz cuadrada del valor promedio o r.m.s. por esta

razón el valor efectivo es llamado valor r.m.s. El valor efectivo puede 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.

Teniendo la noción de todos estos conceptos estamos aptos para poder realizar nuestro siguiente laboratorio, el cual es medir y asi tener los resultados de los valores medio y eficaz de los circuitos que a continuación presentaremos, con resistencias diferentes; y haciendo el uso de los instrumentos que nos proporciona el laboratorio de nuestra escuela profesional.

III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

Un autotransformador o transformador.

Un autotransformador es una máquina eléctrica, de construcción y características similares a 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, 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) 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 piezas clave de cualquier laboratorio de diseño o test de sistemas electrónicos del que sólo se puede prescindir cuando trabajemos con circuitos que trabajen únicamente en dc.

Un amperímetro analógico de CC.

Un amperímetro analógico de CA.

Dos resistores de cerámica.

Un panel de prueba.

Cables de conexión.

IV. PROCEDEMIENTO:

1. Armar el circuito de la figura numero 1.

2. Conectar entre los bornes A1 el amperímetro analógico de CA, y entre los bornes A2 el amperímetro analógico de CC.

3. Variar la tensión de salida del autotransformador desde cero tener cuidado de no recalentar los resistores R1 y R2.

4. Aumentado desde cero la tensión de salida del autotransformador, conseguir una serie de valores, tenga cuidado de no exceder al rango de los instrumentos.

5. Para cada valor de tensión, tomar el valor de los amperímetros, tanto a la entrada (R1), como a la salida del circuito (R2). Tomar un juego de 10 valores.

6. Utilizar el generador de señales en igual que el transformador o el autotransformador, en la función triangular.

7. Repetir el paso 5, tomar un juego de 5 valores.

8. Repetir los Pasos anteriores para el siguiente circuito.

V. CUESTIONARIO:

1. Explique el funcionamiento del amperímetro de CC, empleado en la práctica.

Este amperímetro también puede medir CA pero rectificándolo previamente. Este lo pudimos ver en el multimetro; como nosotros sabemos que el amperímetro de CA es un galvanómetro que sirve para medir pequeñas 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 resistencia Shunt amplia la escala de medición. Esta es conectada 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. Explique el funcionamiento del amperímetro de CA, empleado 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. Describa el funcionamiento del amperímetro de hierro 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, ambos

trozos de hierro se transforman en imanes por el efecto magnético 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.

La magnitud de la fuerza de repulsión y por consiguiente la amplitud 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. Determinar la relación que existe entre los valores obtenidos por los 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 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

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

5. Compare los valores encontrados entre el primer circuito y el segundo explique las divergencias.

N1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A1(mA)

9 24 47 57 70 79 85 104

116

126 142

A2(mA)

0.9 2 3 3.8 4.8 5.9 6.7 7.5 8.9 9.9 10.9

11.9

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. CONCLUSIONES:

Determinamos en forma experimental los valores medios y eficaces con un circuito rectificador.

Si medimos corriente alterna se debe rectificar previamente, con 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. BIBLIOGRAFIA:

Guía de laboratorio de circuito II.

Principios de Electrónica, Sexta Edición, Albert Paul Malvino.

Instrumentación Electrónica Moderna y Técnica de Medición, Albert D. Helfrick, William D. Cooper, Ed. Prentice Hall Hispanoamericana, S. A., 1991.

Electronics Workbench

http://www.ifent.org/lecciones/CAP08/cap08-05.asp

TRIANGULAR

CON 1 V:

CON 2V:

CON 3V:

CON 4V:

CON 5V:

CON 6V:

CON 7V:

CON 8V:

CON 9V:

CON 10V: