LABORATORIO 1 Valor Eficaz y Osciloscopio

Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos 2- 2016A

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GUIA DE LABORATORIO No. 1. TEMA: EL VALOR PROMEDIO Y EL VALOR EFICAZ EN ONDAS SENOIDALES

1. OBJETIVOS a) Observar experimentalmente las ondas de tensión y corriente de fuentes de energía de c.a mediante el osciloscopio. Demostrar dominio y manejo del osciloscopio y generador de señales. b) Determinar experimentalmente el valor promedio y el valor eficaz en circuitos eléctricos de c.a y corriente continua rectificada con carga resistiva inductivo. c) Determinar experimentalmente los parámetros de un inductor. 2. INTRODUCCIÓN 4 La Onda Senoidal La onda sinusoidal es la onda ideal de señal alterna simétrica y periódica. El servicio de energía eléctrica suministrada por la concesionaria de electricidad debería entregar este tipo de onda en su más próxima sinusoidal. La siguiente figura muestra una señal sinusoidal ideal.

Como se puede notar una señal sinusoidal alterna tiene valores positivos y negativos. Si un voltaje sinusoidal es aplicado a un circuito resistivo, resulta también una corriente sinusoidal. Cuando el voltaje cambia de polaridad, la corriente cambia de dirección. Vamos a examinar algunas características de la señal sinusoidal: Periodo (T): se define como el tiempo que le toma a la señal completar un ciclo completo. El periodo siempre un valor fijo para una señal sinusoidal. Frecuencia (f) es la inversa del periodo. Se mide en Hz. Un hercio equivale a un ciclo por segundo. Valor pico (Vp): es el valor del voltaje o la corriente en el máximo positivo o negativo con respecto a cero. Valor pico a pico (Vpp) es el valor de voltaje o de corriente entre los puntos máximo y mínimo. Es el doble del valor pico. Valor eficaz (rms), el término eficaz o rms se refiere a "root-mean-square". En ocasiones también nos referimos a él como valor efectivo. Es igual al voltaje de corriente directa ideal que produce la misma cantidad de calor en una resistencia que con el voltaje sinusoidal. El valor máximo o pico de una señal sinusoidal puede ser convertido a valor eficaz usando la siguiente relación: Vrms = 0.707 Vp. Todos los instrumentos que miden alguna magnitud eléctrica de corriente alterna nos indican el valor eficaz de la

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onda de dicha magnitud. Valor promedio de una magnitud es el área bajo la curva dividido entre la distancia de la curva a lo largo del eje horizontal del tiempo. Valores promedios y efectivos de algunas ondas que se encuentran con frecuencia en las mediciones eléctricas

Revisar la información de los instrumentos de medición valores eficaz y promedio de potencia. 2.1. PRE-LABORATORIO.- realizar las siguientes cálculos mediante programas de cálculo y de simulación. Una carga conectada en serie toma una corriente i(t)=4cos(120πt+20o) A cuando la tensión aplicada es v(t)=120cos(120πt - 10o) V. Determinar el valor eficaz, valor promedio y el valor pico a picos de la ondas antes mencionas. Hallar la potencia aparente y el factor de potencia de la carga. Determine los valores de los elementos que forman la carga conectada en serie. 3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la práctica: Item

Cantidad

Descripción

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Código

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Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 4 A Amperímetro analógicos de c.a. (hierro móvil) 5 A, 10 A. Amperímetro analógicos de c.c. (bobina móvil) 5 A,10 A Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V Voltímetro de c.c. 150V, 300 V Frecuencímetro de 220 V Osciloscopio de 2 canales y sus 2 sensores de tensión Reóstato o resistencia de 0-42Ω, 5 A Generador de señales Multímetro digital para verificación de circuitos Diodo de potencia de 25 A, 220 V Kit de cables flexibles 1x14 AWG ó 2.5 mm2 Inductor de potencia de 500mH.

4. PROCEDIMIENTO a)

b) c) d) e) f)

Manejo de osciloscopio y generador de señales:  Vertical: colocar las señales de los canales en un mismo eje del tiempo.  Horizontal: colocar las señales de los canales en diferentes eje de amplitud.  Operaciones matemáticas sume, reste y transformada rápida de Fourier FFT de las señales en los canales.  Regule la escala vertical de la señal de cada canal en dos escalas diferentes.  Regule la escala del tiempo de las señales en dos escalas.  Medir los valores promedio, eficaz, periodo, frecuencia, mínimo de las señales.  Medir el valor en segundos de un semiperíodo con ayuda de los cursores y el valor pico a pico. Con el generador de señales obtener 1V de amplitud, y 100 Hz de las siguientes ondas: cuadrada, triangulo y sinusoidal. Con ayuda del osciloscopio determinar sus valores promedio, eficaz, pico a pico, periodo en [s]. Verificar con voltímetro y el osciloscopio verificar el valor y la forma de onda de la señal de entrada de tensión de 110 V y el valor de su frecuencia. Antes de armar los circuitos es necesario ubicar los instrumentos en las escalas adecuadas para evitar el daño a los instrumentos. Registrar el valor de las resistencias R1 (10 ohmios) y R2 (42 ohmios), antes de armar el circuito. Armar el circuito de acuerdo al esquema que se muestra a continuación.

Fig. 1. Montaje de circuito de observación de las señales de tensión y corriente eléctrica. e) Variar la tensión de salida con el autotransformador. Aumentando desde 5 V la salida del autotransformador hasta una tensión 30 V. Conseguir una serie de 5 puntos (registrar los valores de A1,

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A2 Y A3, y el voltaje de salida del variac Vsal) evitando siempre salirse de la escala de los amperímetros. Tener cuidado con la polaridad del amperímetro A2. Tabla 1 V º

Ipico

A 1 (c.a.)

sal

A 2 (c.d)

A 3 (c.a.)

f) Verificar con el osciloscopio la forma de onda y el valor de la onda de tensión de las resistencias R1 y R2. Tomar también los valores registrados en el osciloscopio de las tensiones de VR1 y de VR2. g) Repetir los pasos d y e para el siguiente circuito.

Tabla 2 V º

Api co

A 1 (c.a.)

A 2 (c.d)

A 3 (c.a.)

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1. ¿Qué es el valor eficaz de una onda y como se determina? 2. ¿Qué es el valor medio de un onda y como se determina?

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3. 4. 5. 6. 7. 8.

Explique las diferencias entre el valor medio y el valor eficaz. ¿Qué clase de instrumentos miden el valor eficaz, y cuales miden el valor medio? ¿Qué es una fuente rectificadora? ¿A que se denomina diodos de potencia y cuál es su uso? ¿Cómo se realiza la medición de la onda de corriente con un osciloscopio? Según los datos obtenidos (el valor pico de la onda de corriente), calcular teóricamente las corrientes que miden el A1, A2 y A3 con el valor pico de corriente tomada; y comparar el resultado con los obtenidos con los instrumentos. Explique las divergencias de los valores teóricos con los experimentales, dando el error absoluto y relativo en forma tabulada. 6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 6.1. Investigue el principio de funcionamiento de amperímetro de hierro móvil y del amperímetro de bobina móvil y su estructura principal 6.2 Investigue el principio de funcionamiento de frecuencímetro, del vatímetro. 7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Plantea en forma personal clara y concisa de un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantea en forma personal y clara de un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las prácticas de estas pruebas. 8. BIBLIOGRAFIA Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica como en el ejemplo siguiente. 1. Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku, “Fundamentos de circuitos eléctricos", McGraw Hill, 3ra. edición, 2006. 2. Cesar Castillo C. "Guía de laboratorios de Redes 2", Edición propia, 2013. 3. …. ANEXO

Figura 4-1. Montaje del circuito observación del lazo de histéresis.

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