Informe #1

 

 

ELECTRÓNICA DE POTENCIA Laboratorio N° 1 “MEDICIONES CON DISPOSITIVOS R-L-C” INFORME

Integrante: Ivazeta Pineda, Piero Salvador

Sección: C15 C15 –  – 6  6 –  – A  A  Profesor: José Jacob Lazarte Fecha de entrega: 28 de noviembre del 2013

2013 – II

 

Índice:

Objetivos: .................................................................................................... .................................................................................................................................... ................................. 3 Objetivo General: ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... 3 Objetivos Específicos:................................................................................................................ ................................................................................................................ 3 Introducción Teórica ........................................................................................................ .................................................................................................................. ........... 4

Equipos y Materiales: ................................................................................................................. ................................................................................................................ 5 Procedimiento ............................................................................................................................. 6 Parte 1: ........................................................ ........................................................................................................................... .............................................................................. ........... 6 Parte 2: ........................................................ ........................................................................................................................... .............................................................................. ........... 8 Parte 3: ........................................................ ........................................................................................................................... ............................................................................ ......... 12

 Aplicación de de lo aprendido aprendido .................................................................................. ..................................................................................................... .................... 15 Observaciones: ......................................................................................................................... ........................................................................................................................ 17 Conclusiones:  ............................................................................................................................ ........................................................................................................................... 17 Bibliografía: ................................................................................................................................ ............................................................................................................................... 17

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Objetivos: Objetivo General:   Entender el comportamiento comportamient o de dispositivos tipo R, L y C y poder aproximar en el tiempo su comportamiento en base a mediciones realizadas en clase.

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Objetivos Específicos: 

  Poder tomar mediciones con corrientes y voltajes en elementos inductivos y capacitivos.   Realizar modelos matemáticos matemático s de su comportamient comportamiento o en base a mediciones realizadas en el laboratorio.   Realizar cálculos de potencia con estos dispositivos dispositivos..

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Introducción Teórica El objetivo de la electrónica de potencia es: “modificar, utilizando dispositivos de estado sólido, la forma de presentación de la energía eléctrica” eléctrica”.. Uso de fuentes de alimentación, componentes reactivos e interruptores (no resistencias). Definición de interruptor ideal

Interruptor abierto

Interruptor cerrado

Otras características a tener en cuenta son: coste del dispositivo y de los elementos auxiliares, potencia necesaria para controlar el dispositivo. Regla para el análisis de circuitos de potencia

Ejemplo simple con un solo interruptor.

Real Cortado Saturado Real Cortado Saturado Real Cortado Saturado

Ic

Vce

1mA 9.96A

Ic

0mA 10A

Ic 0.01 0.4

499.95V 2V Valores reales

Vce

500V 0V Valores ideales

Vce 0.01 0.4 % de error sobre el valor máximo.

Vr 50mV 498V

Vr

0mV 500V

Vr 0.01 0.4

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Ecuaciones fundamentales de Bobinas y Condensadores Para el caso de ser excitados mediante señales de pulsos. Se realiza el análisis por tramos modelando el comportamiento de la corriente o voltaje correspondiente.

Funcionamiento Funcionami ento de una bobina

Funcionamiento Funcionamien to de un condensador

al aplicar una tensión constante

al aplicar una corriente constante

Para el desarrollo de esta experiencia se deben tener claro los conceptos dados en la clase teórica, revisar los apuntes y afianzar los conocimientos con el texto base y la bibliografía del curso.

Equipos y Materiales: 01 01 01 01 01

Osciloscopio Generador de señales Fuente de voltaje DC Multímetro Digital PC con software de simulación simulación

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Procedimiento Parte 1: Realice la implementación del siguiente circuito mostrado y tome las mediciones de amplitud y tiempo para la corriente en la bobina vista como voltaje en el osciloscopio. osciloscopio. T0=1.003ms

Vi=1.549V

iL(t)=1.549mA

T1=1.497ms

Vi=3.081V

iL(t)=3.081mA

XSC1    +    A _

   +    B

L1

R1

8H

1kΩ

_

  g    i   r    T    t   x _    +   E

V1 1kHz 24 V

Determine el modelo matemático para la corriente iL(t) durante el segundo pulso de la fuente de alimentación. (Realice el procedimiento proc edimiento completo en la hoja de resultados de laboratorio para que su respuesta tenga validez)

   

    Aplicando Laplace

                           Aplicando fracciones parciales

                   Página 6 de 17 

 

Hacemos s=0 y s=

   )   ((  

   

    (( )             

Tenemos: A=0.024 y B=-0.024+Io Aplicando Laplace inversa

       Condiciones iniciales T=1.003ms I(t)=1.549mA

                  Obteniendo como modelo matemático

    Mida el valor de la corriente para el punto medio entre t0 y t1 Tx=1.25mA

       Con el valor de tx y el modelo matemático de iL(t) calcule el valor de iL(t) y determine el porcentaje de error obtenido

    Página 7 de 17 

 

      Cuestionario ¿Qué representa el termino independiente en la ecuación del modelo matemático de iL(t)? Es la base sobre la cual se calculan los valores de la variable dependiente que se requieren predecir.

Parte 2: Realice la implementación del siguiente circuito mostrado y tome las mediciones de amplitud y tiempo para el voltaje en el capacitor y la corriente en la resistencia vista como voltaje en el osciloscopio. T0=1.004ms

Vi=1.123V

iL(t)=1.123mA

T1=1.499ms

Vi=2.228V

iL(t)=2.228mA

XSC1    +    A _

   +

C1 10µF

R1 1kΩ

   B

_

  g    i   r    T    t   x _    +   E

V1 1kHz 24 V

Determine el modelo matemático para la corriente iL(t) durante el segundo pulso de la fuente de alimentación. (Realice el procedimiento completo en la hoja de resultados de laboratorio para que su respuesta tenga validez)

    ∫      ∫   Aplicando Laplace

                          Página 8 de 17 

 

       Aplicando fracciones parciales

                 Aplicando Laplace inversa

     Condiciones iniciales T=1.004ms -3

I(t)=22.877*10 mA

                    Obteniendo como modelo matemático

              Determine el modelo matemático para el voltaje en el capacitor Vc(t) durante el segundo pulso de la fuente de alimentación. (Realice el procedimiento completo en la hoja de resultados de laboratorio para que su respuesta tenga validez)

      ∫           Página 9 de 17 

 

      Aplicando Laplace

                                                     Aplicando fracciones parciales

                   Hacemos s=0 y s=

  

                  

Aplicando Laplace inversa y dividiendo todo por C para tener Vc=

   Página 10 de 17 

 

    Condiciones iniciales T=1.003ms Vc=1.549mA

        Obteniendo como modelo matemático

   Usando el modelo matemático del voltaje en el capacitor calcule el valor de este en t1 y determine el porcentaje de error con respecto al valor medido.

Tx=1.497mA

          Cuestionario ¿Qué representa el termino independiente en la ecuación del modelo matemático de Vc(t)? Representa la diferencia de potencial del circuito ¿La corriente en el circuito es constante? Si la respuesta es no, ¿Qué tendencia sigue su variación? La corriente no es constante, presenta una tendencia exponencial de crecimiento. ¿El voltaje en el capacitor de qué forma varia? Varía de manera positiva, incrementándose con cada pulso de la fuente, hasta cargarse completamente completamente

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Parte 3: En base a los cálculos y mediciones realizadas en la parte 1 del presente laboratorio determine el modelo matemático de la potencia desarrollada en la bobina (L) durante el segundo pulso de la fuente de alimentación. (Realice el procedimiento completo en la hoja de resultados de laboratorio para que su respuesta tenga validez)

                 t 1.0ms 1.2ms 1.3ms 1.5ms

P 35mW 48mW 53mW 65mW

Realice un gráfico de la potencia en función del tiempo para el intervalo entre t0 y t1.

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Simulación en MatLAB

En base a los cálculos y mediciones realizadas en la parte 2 del presente laboratorio determine el modelo matemático de la potencia desarrollada en el capacitor (C) durante el segundo pulso de la fuente de alimentación. (Realice el procedimiento completo en la hoja de resultados de laboratorio para que su respuesta tenga validez) t 1.0ms

P 25mW

1.2ms 1.3ms 1.5ms

33mW 41mW 49mW

Realice un gráfico de la potencia en función del tiempo para el intervalo entre t0 y t1.

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Simulación en MatLAB

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Cuestionario ¿Es posible calcular la potencia desarrollada por la bobina o capacitor durante el primer segundo de funcionamiento?, funcionamiento?, describa el procedimiento ¿Qué relación encuentra entre los cálculos realizados y los criterios de seguridad?

Aplicación de lo aprendido Calcular el modelo matemático de la corriente durante el pulso 10 de la fuente de alimentación para el siguiente circuito. XSC1    +    A _

   +    B

C1 10µF

L1

R1

10H

1kΩ

_   g    i   r    T

   t   x _    +   E

V1 1kHz 24 V

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Observaciones: -  Trabajar con valores de uA y uV permite tener una mejor exactitud en el cálculo del modelo matemático. -  Realizar simulaciones en MatLAB y Multisim ayuda a obtener un menor error de cálculo. -  Es necesario previo conocimiento conocimient o sobre teoría de Laplace y modelamiento modelamient o matemático para realizar el laboratorio.

Conclusiones: -  El modelo matemático representa el comportamiento comportamient o de una variable en el tiempo, prediciendo sus valores que puede tomar. -  Para el caso de alimentación por pulso es necesario evaluar la gráfica por tramos ya que en cada pulso la gráfica varía. -  En el circuito RL el inductor inductor en un un primer primer instante instante se comporta comporta como como un cable abierto y conforme transcurre el tiempo su conductividad aumenta permitiendo así mayor flujo de corriente sobre él. -  En el circuito RC se puede puede determinar determinar que en un primer primer instante el condensador se va a cargar hasta adquirir su carga máxima de esta manera la carga en el condensador disminuirá la corriente que circula por el circuito, comportándose como interruptor abierto.

Bibliografía: -  GUIA DE LABORATORIO ELECTRONICA ELECTRONICA DE POTENCIA Recuperado el 27 de noviembre del 2013:

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