módulo circuitos eléctricos ii

CONTENIDO

CONTENIDO

PRESENTACIN

4

MARCO TEORICO

5

UTILIZACIN DE EQUIPOS Y DETERMINACIN

DE VALORES MEDIOS Y EFICACES

11

CIRCUITO R-C

14CIRCUITO RL-LC

17RESONANCIA L-C SERIE-PARALELO

20ESTUDIO DE UN CIRCUITO TRIFSICO

22PRESENTACIN

Al pasar los aos el avance de la ingeniera y en especial de la ELECTRNICA es considerable, de los sistemas analgicos enormes y costosos basados en tubos de vaco a sistemas discretos, sofisticados y econmicos basados en diminutos transistores. Es por ello que en los ltimos aos se emplean chips que funcionan como pequeas computadoras llamados microcontroladores, especiales para gobernar procesos y tareas especficas. Estas microcomputadoras con otros componentes, como transmisores y receptores de RF y otros circuitos digitales o analgicos darn la solucin a problemas que se presenten en la actualidad.

El presente mdulo de laboratorio tiene como objetivo guiar al alumno en la comprobacin de una manera prctica de la teora impartida en clase.

El LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES agradece a los involucrados en el desarrollo del presente mdulo y esta llano a recibir crticas sobre el presente trabajo para su posterior revisin y mejora.

Los AutoresMARCO TEORICO I. Valores promedio y efectivo A. Formas de Onda

En el anlisis de circuitos bsicos, slo se estudian formas de ondas peridicas: funciones del tiempo tales que f(t)=f(t+nT), donde n es un entero y T es el periodo. Vanse los ejemplos en la figura 1.1:

Figura 1.1

B. Valor promedio

La funcin periodica general en y(t), con periodo T(s), esta dado por:

C. Valor efectivo

La potencia instantnea en una resistencia est dada por p(t) = i(t)2R. Se dice que la corriente peridica i(t) tiene el valor efectivo (o rms) Ief (o Irms). Esta dada por:

II. Circuitos R - C

La amplitud del sinusoide es Vm que es el valor mximo que tiene la fucin. La frecuencia n radianes, o frecuencia angular, es w, medida en radianes por segundo (rad/s).

[V]

La sinusoide es una funcin peridica, de periodo T en seg. que esta dado por

T=2/w [Seg.] Su frecuencia f es inversamente proporcional al periodo, donde

[Hz]

Una expresin sinusoidal ms general est dada por:

V(t)=Vmsen(wt+) : es el ngulo de fase.

wt est expresado en radianes, debe expresarse tambin en radianes. Estas denotaciones son vlidas:

v=Vmsen(2t+/4)v=Vmsen(2t+45)

de manera intercambiable, aun cuando la ltima expresin contiene una matemtica formal.

Figura 2.1

Segn la Fig. 2.1 podemos decir que Vmsen(wt+) (punteada) se adelanta a Vmsenwt por radianes (o grados). Ntese que una fase adelantada positiva (>0) implica un desplazamiento a la izquierda de la grfica de la funcin.

III. Correccin del Factor de Potencia

Denominamos factor de potencia al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ngulo entre la tensin y la corriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura, etc.

Es aconsejable que en una instalacin elctrica el factor de potencia sea alto aprox. 0,8 o ms.

Corrimiento de fase entre tensin y corriente:

Las cargas reactivas puras, responsables de los consumos de potencias reactivas, tienen la propiedad de producir un desfasaje, entre la tensin alterna aplicada sobre ellas y la corriente que circula por ellas. (Vase las figuras 3.1 y 3.2)

Fig. 3.1 Adelanto de Fase

Fig. 3.2 Retardo de Fase

Energas y potencias activas, reactivas y aparentes:

A la potencia total, suma vectorial, se la denomina potencia aparente.

Figura 3.3: Diagrama vectorial de potencias

donde la potencia aparente se calcula como:

Factor de potencia:

Por definicin, el factor de potencia se define como el cociente entre:

IV. Fuente de Energa Trifsica

Las tensiones trifsicas se generan de la misma manera que las monofsicas. Un sistema trifsico est constituido por tres sistemas monofsicos desplazados en el tiempo de un cierto ngulo. A cada uno de los tres sistemas monofsicos se les denomina FASE, y as un generador trifsico est constituido por tres fases que tienen la misma amplitud para con un desfase entre s de 120 elctricos.

Conexin de un sistema trifsico:

a. Conexin estrella: Consiste en la unin de los tres terminales de cada una de las fases entre s. La figura 4.1 muestra este tipo de conexin.

Al punto comn de las tres fases se lo denomina neutro del sistema . Es inmediato que si se miden tensiones entre el borne 1 y el N tendremos la tensin de fase 1 y de la misma manera las tensiones de fase 2 y 3 . En cambio cuando se miden las tensiones entre los bornes 1-2 , 2-3 y 3-1 se tendrn las tensiones formadas por la unin de dos fases en serie entre s . A esta tensin se le denomina tensin de lnea.

Figura 4.1

b. Conexin Tringulo: Consiste en la unin de las tres fases entre s en serie aditiva. La figura 4.2 muestra este tipo de conexin.

Figura 4.2

Medida de la potencia activa total:

En el caso de cargas balanceadas es suficiente medir la potencia de una sola fase con un vatmetro, can la que la potencia total ser:

PT= 3Pf=3VL*IRL= 3 IRR

En el caso de cargas desbalanceadas, para medir la potencia total hay que emplear tantos vatmetros como lneas menos una tenga el circuito.

V. Resonancia L-C

El circuito mostrado en la figura 5.1 muestra la resonancia en paralelo .Asi la frecuencia de resonancia es:

Figura 5.1

La combinacin en paralelo de L y C acta como un circuito abierto en la frecuencia de resonancia, ya que la reactancia inductiva se iguala a la reactancia capacitiva.

PRCTICA DE LABORATORIO I:

UTILIZACION DE EQUIPOS

Y DETERMINACION DE VALORES

MEDIOS Y EFICACES

OBJETIVOS

Utilizar los equipos de laboratorio de electrnica como son: multmetro, osciloscopio, generador de funciones, de la forma ms adecuada.

Verificar experimentalmente los valores eficaces y medios para diversas formas de ondas de tensin peridicas, explicando su significado y su relacin con el valor mximo y su periodo. MATERIALES Y EQUIPOS

1. Un multmetro

2. Un osciloscopio

3. Un generador de funciones

4. Cables de Conexin

PROCEDIMIENTO

1. Empleando el generador de funciones, obtenga su salida de la forma de onda de tensin mostradas (senoidal, triangular y cuadrada especificadas por el profesor).

Amplitud: 10 voltios pico a pico

Valor DC : 0 voltios

Figura 1.1 Representacion del generador funciones2. Visualizando en el osciloscopio cada forma de onda generada, verifique para cada uno de los valores de voltaje mximo, y determine los valores de voltaje de pico a pico, la frecuencia y el periodo. Manteniendo el voltaje DC en 0 voltios; para esto, utilice el multimetro en DC y varie el boton de offset del generador de funciones.3. Utilizando el multimetro, medir el valor en alterna con el multimetro en AC en la escala de 20 voltios. Anotar los datos en la tabla 1.1.Primero trabaje con la seal triangular y luego con la seal cuadrada. Asegurese de mantener 10 v-pp4. Existe variacin en los valores de tensin eficaz?, Porque?

sealFrecuencia

HzTension

Eficaz (rms)

senoidal60 Hz

300 Hz

1 Khz

5 Khz

10 Khz

triangular60 Hz

300 Hz

1 Khz

5 Khz

10 Khz

cuadrada60 Hz

300 Hz

1 Khz

5 Khz

10 Khz

Tabla 1.1CUESTIONARIO

1. Qu significado tiene el valor eficaz de una onda peridica?

2. Demuestre matematicamente la relacin que existe entre los valores de tensin eficaz para las diferentes formas de onda (senoidal,triangular y cuadrada)?

3. Evaluar tericamente las ondas 1 Y 2 de la figura 1.2.

figura 1.24. Indique sus observaciones y conclusiones

PRCTICA DE LABORATORIO II

CIRCUITO RC

OBJETIVOS

Determinar como influye el capacitor en el desfasaje en la onda de salida de un circuito RC.

Utilizando el osciloscopio, determinar el ngulo de desfasaje, voltaje de salida.

MATERIALES

Una resistencia de 1k( / 1/2W

Un capacitor electrolitico de 1(F , 10(F /16 V

Un protoboard

Un osciloscopio

Un generador de funciones

Cables de Conexin

PROCEDIMIENTO

1. Empleando el generador de funciones, obtenga una onda sinusoidal de 10Vpp a frecuencia variable de acuerdo a la tabla 2.1 y visualizarla en el osciloscopio.

2. Implementar el circuito que se muestra a continuacin en la figura 2.1:

R=1 k( , C =1 uf

Figura 2.13. Obtenga el patrn XY para la seal senoidal en estudio con respecto al desfase.

Figura 2.2 Formas de desfase FVpp salidaDesfase

en msDesfase en grados

60 Hz

100 Hz

150 Hz

200 Hz

350 Hz

450 hz

550 Hz

700 Hz

850 Hz

1 khz

2.5 khz

5 khz

Tabla 2.1

4. Colocar las puntas del osciloscopio en los puntos Vi y Vo.

5. Obtener el desfasaje entre la onda de entrada y la onda de salida y anotar en la tabla 2.1 los valores obtenidos.

CUESTIONARIO

1. Qu ocurre con la onda de salida (desfasaje y voltaje mximo) cuando el valor de f es baja (60 Hz) y cuando es alta (5 Kh)?. Explicar matemticamente.

2. Qu ocurre con la onda de salida (desfasaje y voltaje mximo) cuando el valor de C aumenta a 10 uf? Explicar matemticamente.

3. El voltaje de salida Vo depende de la frecuencia?Porqu?

4. Segn lo visto en cada caso, qu onda se adelanta, Vo o Vi?

5. Una vez obtenida la frmula general para obtener el voltaje de salida Vo en una red RC, evaluar tericamente cada uno de los casos.

6. Mencione sus observaciones y conclusiones

PRCTICA DE LABORATORIO III:

CIRCUITO RL-LCOBJETIVOS

Observar y medir la diferencia de fase entre VR, VC y VL en un circuito RL-LC.

Deducir experimentalmente la variabilidad de las corrientes y cadas de tensin a travs de los elementos RL-LC y observar el efecto que se produce al variar la frecuencia en la bobina.

MATERIALES

Una resistencia de 1( / 1/2W

Una resistencia de 10 K(/1/2 W

Un capacitor de 10(F / 25 v

Una bobina de 10 mH

Un multmetro AC

Un osciloscopio

Un generador de funciones

Cables de Conexin

PROCEDIMIENTO

Implementar los siguientes circuitos de la figura 3.1, 3.2; donde Vin= 10 Vpp.

Figura 3.1: Circuito Capacitivo

Figura 3.2: Circuito InductivoA.-Circuito Capacitivo

1. Con el osciloscopio (CHANNEL I entre los puntos 1 y tierra) , (CHANNEL II entre los puntos 2 y tierra) mida el voltaje entre los puntos 1 y 2 para cada frecuencia

Circuito de la figura 3.1

fDesfase

msDesfase

grados Voltaje-Corriente

(adelanto o atrazo)

500 hz

1 Khz

5 Khz

10 Khz

20 Khz

2. Haga un barrido de frecuencia y observe a qu frecuencia empieza a observarse ningn desfase (desfase = 0); anotar este valor .B.-Circuito Inductivo

3. Para determinar el valor de la inductancia proceda con el siguiente procedimiento (valido solo para inductancias pequeas). Ingrese una seal cuadrada de 10 v-pp y mida la seal en la bobina. Su relacin matemtica para la respuesta de una seal cuadrada es la siguiente:

Donde:

esta en ms (milisegundos) y R en K(.Mida el valor de al 63% de la seal de entrada (aproximadamente 6.3V)

Figura 3.3 medicin de inductancia4. Con el osciloscopio (CHANNEL I entre los puntos 1 y tierra) , (CHANNEL II entre los puntos 2 y tierra) mida el voltaje entre los puntos 1 y 2 para cada frecuencia

Circuito de la figura 3.2

fDesfase

msDesfase

grados Voltaje-Corriente

(adelanto o atrazo)

60 hz

200 hz

500 hz

1 Khz

5 khz

3. Haga un barrido de frecuencia y observe a qu frecuencia empieza a observarse ningn desfase (desfase = 0); anotar este valor

CUESTIONARIO

1.- Del circuito 3.1 y 3.2 determine la capacitancia reactiva total y la inductancia reactiva total respectivamente, en fasores.

2.- Haga un grfico entre los voltajes de los puntos (1 y 2) de las Fig. 3.1 y 3.2 con respecto a las frecuencias en papel milimetrado, es decir grafique voltaje versus frecuencia y corriente versus frecuencia para cada caso

3.- Indique sus observaciones y conclusionesPRCTICA DE LABORATORIO IV:

RESONANCIA L-C PARALELO

OBJETIVOS

Determinar la inductancia de un inductor, verificar la frecuencia de resonancia y encontrar el ngulo de fase en un circuito L-C paralelo.MATERIALES

Una bobina con ncleo de aire de 10mH

Resistencias W de 1k( ; 3.9 K ; 100 K Dos condensadores 10 nf y 0.0022 uf/25v

Un protoboard Una generador de seales

Un osciloscopio

PROCEDIMIENTO

1. Implemente los siguientes circuitos:

Figura 4.1-Resonancia RLC serie

Figura 4.2- Resonancia RLC paralelo

2. Para cada circuito determine la amplitud mxima (Vo)

3. Grafique la forma de onda (de la Fig. 4.1) en el punto 34. Ingrese una seal senoidal y vare la frecuencia hasta encontrar la frecuencia de resonancia. Compare este valor con el hallado tericamente.

f0=__________Hz

5. Mida H(jw)= Vout / Vin a bajas frecuencias (f0).6. Grafique H(jw) en mdulo vs. frecuencia para cada circuito; en papel milimetrado7. Mida el ancho de banda de cada circuito y Q.B=_________Hz

8. Realice los mismos pasos para el circuito de la figura 4.2 y varelo cambiando la resistencia de 3.9 K por la de 100 K. Qu sucede con el ancho de banda?

CUESTIONARIO1.- Simule los dos circuitos en un software y haga la respuesta en frecuencia de cada uno.2.- Realice el grafico de amplitud vs frecuencia en papel milimetrado para cada circuito. Realice sus grficos en un software de simulacin.3.- Compare los valores tericos con los experimentales

4.- Mencione sus observaciones y conclusiones.PRCTICA DE LABORATORIO V:

CIRCUITO TRIFSICOOBJETIVOS

Medir los valores de tensin, corriente y potencia activa en circuitos trifsicos con carga balanceada y desbalanceada. MATERIALES

Una fuente trifsica 220V entre lneas.

Dos voltmetros AC - 220V

Dos amperimetros AC - 15A

Tres lmparas (focos) de 100W / 220Vac

Dos lmpara (focos) de 75W / 220Vac

Cuatro sockets

Dos vatmetros monofsicos.

Cables de conexin: tres metros de alambre mellizo #18, Cinta aislante PROCEDIMIENTO

a. Conexin tringulo (Carga balanceada)

1. Medir IL e It y verificar que se cumple la condicin: IL/If=(3

2. Medir mediante un vatmetro,el argumento de IL e If cos(= W/IL*VL

3. Medir la potencia P= 3IfR = W

b.Conexin Estrella

0. Medir Vf y Vl y verificar que se cumpla la condicin: Vl/Vf= (3.

1. Medir mediante un vatimetro, el argumento de VL con respecto de Vf cos(=W/IL*VL.

2. Medir la potencia en vatios.

3. Verificar que P= 3IR=W

CONEXIN ESTRELLA

Implemente la siguiente configuracin de la fig 5.1:

Figura 5.11.- En estas condiciones rellena la siguiente tabla (recuerda que el sistema est balanceado):

W1 (W)W2 (W)P=W1+W2 (W)VLINEA (V)VFASE (V)ILINEA (A)IFASE (A)Cos(=P/((3-V.I)

Tabla 5.12.- Repita los apartados para un sistema desequilibrado, cambiando una de las lmparas de 100 W por otra de 75W o de 25 W, por ejemplo de la fase R.

Clculos:Medidas:

W1 (W)W2 (W)P=W1+W2 (W)

Tabla 5.2: Potencia total

VLINEA (V)VFASE (V)ILINEA (A)IFASE (A)PFASE (w) IF.VF.Cos(FASE

Tabla 5.3: FASE R


Tabla 5.4: FASE S


Tabla 5.5: FASE T

Compara los resultados obtenidos en el caso equilibrado y en el desequilibrado, haciendo especial hincapi en lo referente a los desequilibrios en las tensiones de fase de las cargas y cmo se puede solucionar este problema.

3.- Realiza las mismas medidas que el apartado 2, desequilibrando el sistema provocando un fallo en una de las tres lmparas de 100W/220V (basta con aflojar una de ellas). Supongamos que sea la de la fase R. Comenta los resultados obtenidos.

W1 (W)W2 (W)P=W1+W2 (W)



Tabla 5.7: FASE S

VLINEA (V)VFASE (V)ILINEA (A)IFASE (A)PFASE (w)=IF.VF.Cos(FASE

Tabla 5.8: FASE T

Comente los resultados obtenidos.

CONEXIN TRIANGULO

Para encontrar los parmetros de los circuitos trifsicos implemente los circuitos de la figura 5.2:

Figura 5.2En el caso del montaje con dos vatmetros monofsicos, si la indicacin de uno de los vatmetros fuera negativa, debers de invertir las conexiones de los bornes de la bobina amperimtrica y se restar esta lectura de la proporcionada por el otro vatmetro.

Debe de recordarse que la potencia resultante, P, es la suma algebraica

P= W1 + W2

Este problema no se da si la medida se realiza con un vatmetro trifsico o con un analizador de energa trifsico.

1. En estas condiciones rellena la siguiente tabla 5.9 (recuerda que el sistema es equilibrado):

W1 (W)W2 (W)P=W1+W2 (W)VLINEA (V)VFASE (V)ILINEA (A)IFASE (A)Cos(=P/((3-V.I)

Tabla 5.92. Repite los apartados para un sistema desequilibrado, cambiando una de las lmparas de 100 W por otra de 75W o de 25 W, por ejemplo de la fase R.

Medidas:

W1 (W)W2 (W)P=W1+W2 (W)



Tabla 5.11: Fase R


Tabla 5.12: Fase S.


Tabla 5.13: Fase T.

Compara los resultados obtenidos en el caso equilibrado y desequilibrado.

3. Realiza las mismas medidas que el apartado 2, desequilibrando el sistema provocando un fallo en una de las tres lmparas de 100W/220V (basta con aflojar una de ellas). Supongamos que sea la de la fase R. Comenta los resultados obtenidos.

Medidas:

W1 (W)W2 (W)P=W1+W2 (W)



Tabla 5.14: Fase S.


Tabla 5.15: Fase T.

Comente los resultados obtenidos.

CUESTIONARIO

1.- Explique en cul de los dos configuraciones delta o estrella se obtiene la mayor potencia. 2.- Indique otra forma aparte de la estudiada para corregir el factor de potencia.

3.- Qu relacin existe entre el desfase y el cos ?

4.- Con ayuda del software de simulacin WORKBENCH simule ambos circuitos y encuentre los parmetros estudiados en el laboratorio.Comprelos con sus datos obtenidos en el laboratorio.

CONCLUSIONES

EMBED PBrush

EMBED PBrush

NOTA:

________

NOTA:

______

NOTA:

________

NOTA:

________

EMBED PBrush

NOTA:

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PAGE 3ANALISIS DECIRCUITOS ELECTRICOS II 2013 - II

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módulo circuitos eléctricos ii

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