Circuitos de Corriente Alterna

 

1. OBJETIVO   En esta práctica se introducen por primera vez circuitos trabajando con señales alternas.   Estudiar los circuitos en serie RL, RC y RLC en corriente alterna.   Conocer las características de la corriente alterna, y su efecto sobre resistencias, condensadores y bobinas.   Determinar experimentalmente los parámetros del circuito.

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2. FUNDAMENTO TEORICO Los receptores en corriente alterna (c.a.) se pueden comportar de 3 formas diferentes.   Receptores Resistivos puros. Solo tienen resistencia resistencia pura. Se llaman receptores R.   Receptores Inductivos puros. Solo tienen un componente inductivo puro (bobina). Se llaman L.   Receptores Capacitivos puros. Solo tienen un componente capacitivo (condensadores). Se llaman C.

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Para analizar estos receptores en circuitos, es mejor hacerlo de forma separada con su componente R, L y C por separado. Explicación de la ecuación básica que los relaciona: V=I.Z 2.1.

CIRCUITOS CON RESISTENCIA

Solo están compuestos con elementos resistivos puros. En este caso la V y la I (tensión e intensidad) están en fase, por lo que se tratan igual que en corriente continua. Esto en c.a. solo pasa en circuitos puramente resistivos.  resistivos.  

 

  En receptores resitivos puros la impedancia es R. La potencia será P = V x I. (el cos 0º = 1), solo hay potencia activa y se llama igualmente P. 2.2.

CIRCUITO CON INDUCTANCIA PURA

Son los circuitos que solo tienen componente inductivo (bobinas puras). En este caso la V y la I están desfasadas 90º positivos. En estos circuitos en lugar de R tenemos Xl, impedancia inductiva. L será la inductancia y se mide en henrios, al multiplicarla por w (frecuencia angular) nos dará la impedancia inductiva. La Xl es algo así como la resistencia de la parte inductiva.

 

El valor de la tensión  en cualquier momento sería: v = Vo x sen wt ; donde Vo es el valor inicial de la tensión, w frecuencia angular y t el tiempo. Igualmente la intensidad : i = Io x seno (wt - 90º) Recuerda que la I está retrasada 90º. Los valores eficaces son I = V/wL e I V/Xl siendo Xl = w x L.   2.3.

CIRCUITO CON CONDESADOR IDEAL 

Este tipo de circuitos son los que solo tienen componentes capacitivos (condensadores puros). En este caso la V y la I están desfasadas 90º negativos (la V está retrasada en lugar de adelantada con respecto a la I).

El valor de la tensión en cualquier momento sería: v = Vo x sen wt ; donde Vo es el valor inicial de la tensión, w frecuencia angular y t el tiempo.

 

Igualmente la intensidad: adelantada 90º.

i = Io x seno (wt + 90º), recuerda que la I está

Los valores eficaces son I = V/Xc e I V/Xc siendo Xc = 1/wC. 2.4.

CIRCUITO CON RESISTENCIA Y AUTOINDUCCION. CIRCUITO R  – L:

El circuito RL tiene un componente resistivo resistivo y otro inductivo (R y L). Aquí partimos de la impedancia que será un número complejo. El ángulo de desfase depende de la cantidad de componente inductivo que tenga. Z = R + Xlj Xlj , como Xl= w x L (frecuencia angular por inductancia) podemos decir también Z = R + (w x L) j Este número complejo lo podemos representar con el llamado triángulo de impedancia: impedancia: En la imagen X sería Xl, si tuviéramos Xc (parte capacitiva), X sería (Xl-Xc). Según este triángulo podemos convertir el número complejo en número natural de la siguiente fórmula: Z2 = R2 + Xl2  Podríamos despejar Z para calcularla. La intensidad sería I = V / Z, que en instantánea quedaría: quedaría: i = (Vo x seno wt) / (R + wLj) en complejo. Podemos convertirlo convertirlo en eficaz sustituyendo sustituyend o la Z por la raíz cuadrada de (R + wL). Los valores eficaces seríán V = I /Z o I = V/Z.  V/Z.   2.5. CIRCUITO CON RESISTENCIA Y CAPACITANCIA. CIRCUITO R  – C.

Este es igual solo que que ahora tenemos Xc en lugar de Xl. Además Xc = 1/(wCj) y por lo tanto Z = R + 1/(wCj) en número complejo. Pero si hacemos el triángulo de impedancias en este caso la Z en número natural sería: Z2 =R2 +(1/(wC))2  Ves que es igual pero sustituyendo Xl por Xc que es 1/wC, en lugar de Xl que es wL.

 

  2.6. CIRCUITO CON RESISTENCIA, RESISTENCI A, INDUCTANCIA Y CAPACITANCIA. CIRCUITO R  – L  – C: Son los circuitos más reales.

 

  2.7. TRIANGULO DE CORRIENTES

Si se conectan una resistencia eficaz y una resistencia inductiva en paralelo, la corriente total se descompone en dos corrientes parciales. La relación entre corriente total y corrientes parciales puede ser representada por el triángulo de corrientes. La corriente IW que circula por la resistencia eficaz está en fase con la tensión U. La corriente I bL  debe ser representada con un retraso de 90°. La corriente total I se obtiene de nuevo por suma geométrica de I W y IbL.

 

 

3. ELEMENT ELEMENTOS OS A UTILIZ UTILIZAR AR    Voltímetro   Amperímetro

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Fuentes de alimentación de frecuencia variable Resistencias Multímetro digital Capacitancia Elementos inductivos

4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION

4.1.

Registraremos los datos de los componentes R-L-C que serán utilizados R =180 Ω  C = 30 µF

4.2.

Utilizamos una fuente de tensión sinusoidal de frecuencia estable (60 Hz), calibrada en 100 Vrms, alimentar al circuito configurado en serie. Registramos la tensión en cada componente y la tensión de alimentación, representamos los resultados en el plano cartesiano. Para el caso de las bobinas tomamos toda la información para determinar su impedancia

 

V 100.4 100 0.4

 

Medido Calculado ERROR

VR  2.1 2 0.1

VC  3.55 3.56 0.1

VL  102.3 102 0.3

I 0.031 0.03 0.1

120

100

80 VR 60

I VC

40 VL V

20

0 0

5

10

15

20

25

30

-20

4.3.

Mantenemos constante la tensión de la fuente de alimentación, alimentar al circuito configurado en paralelo, registrando la intensidad de corriente en cada uno de los componentes y la corriente total que entrega la fuente, los resultados graficarlos en el plano cartesiano.

Medido Calculado ERROR

V 99.8 100 0.2

IT 1.46 1.5 0.039

IR  1.22 1.25 1 .25 0.03

IC  0.82 0.80 0.02

IL  0.027 0.030 0.03

 

 

5. CUESTIONARIO

5.1.

5.2.

5.3.

Describa y analice la operación del circuito R-L-C cuando está configurado en serie, aplicándola la ley de tensiones de Kirchhoff, comparar los resultados con los valores experimentales, justificando las discrepancias. Describa y analice la operación del circuito R-L-C, cuando está configurado en paralelo, aplicando la ley de corrientes de Kirchhoff, comparando los resultados con los obtenidos en 4.3, en caso de presentar incongruencias explique las razones.  Analizar los circuitos ensayados cuando en la red hay presencia presencia de armónicos de alta frecuencia.

6. OBSERVACION OBSERVACIONES ES Y CONCLUSIONES

7. BIBLIOGRAFIA   http://www.areatecnologia.com/corriente-continua-alterna.htm  

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  http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/alterna/alterna.htm     http://www.fceia.unr.edu.ar/~fisica3/cap-6-print.pdf   http://www.fceia.unr.edu.ar/~fisica3/cap-6-print.pdf  

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