Laboratorio n°10

nin

TECSUP LABORATORIO DE ELECTRICIDAD

Informe de trabajo en laboratorio “ELECTROMAGNETISMO. TRANSFORMADORES” Alumnos: Sección G2 – 01 – F -Aime Vargas Jesús -Chinchay Quezada Luís - Urbano Ortega Raúl

Profesor: Mendoza Trujillo Elmer Fecha de ejecución: 22 de mayo Fecha de presentación: 29 de mayo 2008 - I

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Laboratorio de electricidad OBJETIVOS

1.-

Adquieran

los

conocimientos

básicos

de

corriente

alterna.

2. Adquieran habilidad en el manejo de los instrumentos de medida. 3. Se familiaricen con la construcción y análisis de circuitos de corriente alterna. 4. Aprendan a utilizar los teoremas de circuitos para diseño y cálculo de circuitos equivalentes. 5.- Verificar las relaciones de tensión, corriente e impedancia en un circuito de corriente alterna en seria. 6.- Construir diagramas fasoriales en circuitos RL, RC, RLC serie. 7.- Comprender adecuadamente el concepto de fasor en el análisis senoidal, pudiendo analizar circuitos de c.a. monofásicos mediante el análisis fasorial, dominando el estudio de potencias y el comportamiento de los circuitos con la frecuencia. 8.- Ser capaz de aplicar los teoremas y técnicas fundamentales para el análisis de circuitos lineales en c.c. régimen estacionario y régimen transitorio en circuitos sencillos. 9.- Ser capaz de obtener conclusiones a partir de los datos que se obtienen en el laboratorio.

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Laboratorio de electricidad INTRODUCCIÓN

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de Altern Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA. La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos o hertz por segundo posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.

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FUNDAMENTO TEÓRICO TIPOS DE CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA: 1.- CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA RESISTIVO PURO..Considerando un circuito como el de la figura, y analizando por Ley de Kirchhoff se tiene que v-vR = 0. Por ende:

Donde: vR es la caída de tensión instantánea en la resistencia, por lo tanto la corriente instantánea será:

Donde Imáx. es la corriente máxima. Como iR y vR varían según sen [wt] alcanzan sus valores máximos al mismo tiempo, por lo tanto se dice que están en fase como se observa en la imagen a). En el diagrama de fasores vemos que los extremos de las flechas corresponden a los valores de tensión y corriente máximas que desplazados sobre el eje vertical nos dan los valores de la tensión y corrientes en la resistencia, ver imagen b).

2.- CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA INDUCTIVO PURO. Instituto Tecnológico Superior TECSUP

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Ahora tenemos un circuito compuesto solo por un inductor conectado a los terminales del generador de corriente alterna, como se observa en la figura. Sabiendo que la fem inducida en la bobina es Ldi/dt, la ecuación de Kirchhoff en este circuito nos queda:

Considerando a v como Vmáx sen [wt] y reescribiendo la fórmula obtenemos:

Integrando esta expresión se obtiene la corriente como una función del tiempo (los límites de integración se ignoran ya que dependen de las condiciones iniciales, las cuales no son importantes en esta situación)

Reemplazamos cos[wt] por su igualdad trigonométrica -sen[wt - p/2] expresando la ecuación de la corriente como:

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3.- CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA CAPACITIVO PURO. La tercera opción es considerar un circuito donde se encuentra un capacitor conectado a los extremos de la fuente de alimentación. Utilizando nuevamente la Ley de Kirchhoff nos queda que vvC = 0, o lo que es lo mismo:

Donde vC es la caída de tensión instantánea en el capacitor; ya que v C = Q/C reemplazando en la fórmula anterior obtenemos

Puesto que i = dQ/dt, la ecuación de la corriente en el capacitor es

Usando la igualdad trigonométrica cos[wt] = sen[wt + p/2] podemos expresar una ecuación alternativa de la iC quedando como

EQUIPOS Y MATERIALES 6

Instituto Tecnológico Superior TECSUP Multímetro

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01 Fuente de tensión AC monofásica 02 Multímetros digitales 01 Modulo de condensadores 01 modulo de Resistores 01 Modulo de inductancias --- Cables para conexión

Transformador don múltiples salidas

Módulo de condensadores y módulo de inductancias

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Cables de Conexión

Fuente de tensión en corriente AC

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PROCEDIMIENTO 1.- CIRCUITO RC SERIE Armando EL circuito respectivo, y aplicando una tensión de 110 V, realizamos las siguientes mediciones correspondientes. A

110V

U

R

U

C

R

V

C

DATOS

VALORES MEDIDOS

U

R

XC

f

V

UC

UR

A

(V)

(Ω)

(Hz)

(V)

(V)

(V)

(A)

220

370

( Ω) 1829.3

60

222

216

42

0.119

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U

R Φ

Φ XC Z

Z = R +X 2

φ = tg

−1

R

2 C

Xc R

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UC U U = U R2 +U C2 U R = I .R U C = I .X C

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Laboratorio de electricidad

Realizando los cálculos necesarios para obtener los valores calculados:

VALORES CALCULADOS f

XC

Z

Φ

I

UR

UC

U

(Hz)

( Ω) 1829.3

(Ω)

(°)

(A)

(V)

(V)

(V)

1866.4

78.57

0.119

44.03

217.34

0.119

60

6

Operaciones Xc =

10 6 2.π.60.1.45

X c =1829.36Ω

φ =tg

−1

1829.36 ( ) 370

φ =78.57°

U R = 0.119 x370 U R = 44.03V

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Z = 370 2 +1829.36 2 Z =1866.40Ω

I =

222 1866.4

I = 0.119 Amp

U C = 0.119 x1826.36 U C = 217.34V

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2.- CIRCUITO RL SERIE Armando eL circuito respectivo, y aplicando una tensión de 110 V, realizamos las siguientes mediciones correspondientes. A

110V

R

U

R

V

L

U

L

DATOS

VALORES MEDIDOS

U

R

XL

f

V

UL

UR

A

(V)

(Ω)

( Ω)

(Hz)

(V)

(V)

(V)

(A)

220

740

369.5

60

222

92.2

191.2

0.26

Z

U

XL Φ

Φ

UR

R Z = R +X 2

φ = tg

−1

UL

2 L

XL R

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U = U R2 +U L2 U R = I .R U L = I .X L

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Laboratorio de electricidad

Realizando los cálculos necesarios para obtener los valores calculados:

VALORES CALCULADOS f

R

XL

Z

Φ

I

UR

UL

U

(Hz)

(Ω)

(Ω)

(°)

(A)

(V)

(V)

(V)

60

740

( Ω) 369.

827.1

26.53

0.26

192.4

96.07

215.33

5

Operaciones X L = 2π * 60 * 0.98

Z = 740 2 + 369.5 2

X L = 369.5Ω

Z = 827.1Ω

φ =tg

−1

369.5 ( ) 740

φ = 26.53°

U R = 0.119 x370 U R = 44.03V

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I =

222 827.1

I =0.26 Amp

U L = 0.26 x369.5 U L = 96.07V

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3.- CIRCUITO RLC SERIE Armando eL circuito respectivo, y aplicando una tensión de 110 V, realizamos las siguientes mediciones correspondientes. A U

R

220V

V

U

L

U

C

DATOS

R

L

C

VALORES MEDIDOS

U

R

XL

XC

f

V

UC

UL

UR

A

(V)

(Ω)

(Ω)

(Hz)

(V)

(V)

(V)

(V)

(A)

220

740

369.5

(Ω) 1829.

60

222

240

42

94

0.131

Z

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UL - U c

Φ

Φ R Z = R 2 + ( X L − X C )2

φ = tg −1

U

XL - X C

XL − XC R

UR U = U R2 + (U XL −U XC ) 2

Realizando los cálculos necesarios para obtener los valores calculados: Instituto Tecnológico Superior TECSUP

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VALORES CALCULADOS f

R

XL

XC

Z

Φ

I

UR

UL

UC

U

(Hz)

(Ω)

( Ω)

( Ω)

(Ω)

(°)

(A)

(V)

(V)

(V)

(V)

60

740

369.5

1829.4

1639.7

63.1

0.13

96.94

48.4

245

219.3

X L = 2π * 60 * 0.98

Z = 740 2 + (369.5 −1829.5) 2

X L = 369.5Ω

Z =1639.74Ω

Xc =

10 6 2.π.60.1.45

X c =1829.36Ω

φ =tg

−1

369.5 −1829.5 ( ) 740

I =

222 1639.5

I = 0.134 Amp

U L = 0.131x369.5 U L = 48.40V

φ = −63.12° U R = 0.131x 740

U C = 0.131x1829.5

U R = 96.94V

U C = 245.1V

U = 96.94 2 + (48.4 − 245.1) 2 U = 219.3

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Observaciones

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Conclusiones

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