Medida de Valores Medios y Eficaces de Circuitos Monofasicos

8/10/2019 Medida de Valores Medios y Eficaces de Circuitos Monofasicos

1/26

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERA MECANICA

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS II - ML125

Informe N 8

MEDIDA DE VALORES MEDIOS Y EFICACES EN CIRCUITOS MONOFASICOS

Equipo de Trabajo:

Zelaya Damin Miguel Guillermo 20110145H

Zevallos Esteban Giancarlo 20117009B

Snchez Prez Delmer Alexander 20112045K

Aspilcueta Narvez lvaro Martin 20110067G

Seccin: A

Profesor:

Ing. Bernab A. TarazonaLIMAPERU

[20141]


2/26

OBJETIVOS

Evaluar y analizar experimentalmente los valores medio y eficaz en un circuitomonofsico con rectificador de media onda y onda completa.

Observar en el osciloscopio las seales de voltaje en un circuito monofsico conrectificador de media onda y onda completa.


3/26

1. FUNDAMENTO TERICO

VALOR PICO, RMS Y MEDIO

La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la continua

circula en un solo sentido. La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula

durante un tiempo en un sentido y despus en sentido opuesto, volvindose a

repetir el mismo proceso. El siguiente grfico aclara el concepto:

V(q)=Vpsen(q)

El voltaje se puede especificar con diferentes valores, estos son: valor pico, valor

RMS y valor medio. Cada uno identifica una caracterstica diferente.

VALOR PICO-PICO (Vpp)

Del grfico se observa que hay un voltaje mximo y un voltaje mnimo. La

diferencia entre estos dos voltajes es el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual

al doble del Voltaje Pico (Vp).

El valor pico no produce la misma potencia que el mismo valor cd, debido a que el

voltaje de ca vara constantemente de amplitud, mientras que el voltaje de cd

mantiene un nivel constante.

VALOR RMS.(Vrms)

Valor de voltaje que produce la misma potencia que el nivel equivalente de cd. Si

el valor RMS de un voltaje de ca es de 100V, significa que produce la misma

potencia que 100V de cd. El valor RMS es la raz cuadrada del promedio de la


4/26

suma de los cuadrados de los valores instantneos del voltaje en una alternancia

de ca.

Para una seal senoidal VRMS=0,707Vp

El valor RMS es tambin llamado valor eficaz y se utiliza con ms frecuencia que

los valores pico para indicar la amplitud de un voltaje ca.

Valor medio.

VDC valor medio o DC, es el promedio de la seal en el tiempo, se calcula por:

Es el valor indicado por un multmetro en escala DC. Sustituyendo la corriente por

el voltaje en las ecuaciones anteriores se obtienen los valores de corriente alterna

IRMS, Ip, IM.

2. MATERIALES A UTILIZAR

1 Autotransformador de 220V-3Amp 2 Multmetros digitales 1 Resistencia variable (R1) 1 Resistencia variable (R2) 1 Diodo de 5 A 1 Puente de diodos de 5A 1 Osciloscopio Digital con 1 sonda (en nuestro caso) Juego de conductores


5/26

3. PROCEDIMIENTO:

1. Antes de armar el circuito N1 de la figura 3.1, regular ambas resistenciasR1y R2en su mximo valor.

2. Regular el voltaje del autotransformador en 20 volt, asegurarse que circulecorriente en el circuito, adems observar la seal del osciloscopio en losbornes a-b, a-c, d-b.

3. Manteniendo cte. El valor de la resistencia R1, variar los valores de laresistencia R2, a fin de obtener por lo menos 5 valores de corriente la cualno debe exceder a 1 amperio.

4. En todos los casos observar la seal de tensin visualizada en elosciloscopio en los bornes: a-b, a-c, d-b, tomar nota de los parmetros de laseal (Vmax, periodo, escala, etc) y llenar el siguiente cuadro:

R2 V1 Vpp1 VM VRMS1 f1 V2 Vpp2 VM2 VRMS2 f2

5. Armar los circuitos N2 y N3 de la figura 3.2 y 3.3 respectivamente y repetirlos pasos anteriores.

Circuito1:

Figura 3.1 Circuito N1


6/26

Circuito 2:

Figura 3.2 circuito N2

Circuito 3:

Figura 3.3 Circuito N3


7/26

4. ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 AUTOTRANSFORMADOR

CASO 1

En este circuito que se muestra en la figura 4.1, se analizaran las ondas

que generan los bornes a-b, a-c y d-b donde R1 y R2 (variable) son dos

resistencias comunes.

Figura 4.1 Circuito 1

Para los bornes a-b, es decir en la salida del autotransformador que, por

cierto, siempre trabajo a 20V, la forma de la onda es como se aprecia en la

figura 4.2

Figura 4.2 Forma de onda en los bornes a-b del caso 1


8/26

Como se aprecia en la figura 4.2 se observa el valor mnimo de la onda que

es igual a Vmin = -27.6 voltios y tambin sabemos que el multmetro marco

20V en la salida del transformador como valor eficaz.

Estos valores mencionados lo relacionamos as,

|| Por lo que: || Que se acerca relativamente a los 20V que ha marcado el multmetro.

Para el borne a-c que representa al voltaje V1 y para el borne d-b que

representa el voltaje V2se tiene la siguiente tabla.

En el circuito de la figura 4.1 faltara el valor de R1, que es igual a 161.3ohmios

R1=161.3R2() V1 (V) Vpp1

(V)Vm1

(mV)f1 (Hz) Vrms1

(V)V2(V) Vpp2

(V)Vm2

(mV)f2(Hz) Vrms2

(V)430.3 5.46 15.6 8.93 60.2 5.51 14.57 40.8 -49.4 60.2 14.6420.9 5.53 15.3 9.36 60.2 5.5 14.47 40 -57.3 60.1 14.5231.1 8.24 23 9.12 59.8 8.23 11.79 32.6 -49.9 60.1 11.8225.2 8.33 23.4 8.96 59.8 8.38 11.68 32 -54.2 60.1 11.7

Tabla 4.1 Datos para el circuito 1

Ahora vamos a comparar estos resultados con los que se calculan

tericamente, cabe aclarar que el voltaje V1 y V2 se tomaron desde el

multmetro y los dems valores directamente desde el osciloscopio.

Algunas relaciones a tener en cuenta con respecto al valor eficaz, el valor

pico-pico y el valor medio. Tericamente se tiene;

( )Tambin debemos recordar que el voltaje medio en una onda sinusoidal es

igual al valor de cero, tericamente.


9/26


10/26

Cuando R1=161.3 y R2= 231.1

Cuando R1=161.3 y R2= 225.2


11/26

CASO 2



resistencias comunes, adems se observa que hay un diodo entre los

bornes c-d

Figura 4.2 Circuito 2

A partir de aqu y ms adelante no se analizara la forma de onda en el

autotransformador. As que iremos directamente a los bornes a-c y d-b

R2() Vpp1(V)

Vm1(V)

f1(Hz) Vrms1(V)

Vpp2(V)

Vm2(V)

f2(Hz) Vrms2(V)

430.3 7.8 2.34 59.9 3.68 20.4 -6.31 59.8 10.1

420.9 7.76 2.39 60.2 3.76 20 -6.26 60.2 10

231.1 11.4 3.52 60.0 5.6 16.4 -5.11 59.1 8.1

225.2 11.6 3.59 60.1 5.7 16.2 -5.05 60.1 8

Tabla 4.4 Datos del circuito 2

Este circuito es conocido como rectificador de media onda, como se

muestra en la figura 4.3, el periodo total tiene dos partes una en donde se

nota la onda y la otra donde esa onda se hace cero.

{ [ ]


12/26

Figura 4.3 Rectificador de media onda

Para calcular el valor eficaz de la onda alterna:

Para calcular el valor medio de la onda alterna:

( )


13/26

De la figura 4.3 debemos aclarar que el voltaje pico-pico es lo mismo que el

voltaje mximo y obviamente el valor mnimo de voltaje es igual a cero. El

anlisis ya no se va a comparar con los resultados tericos, sino que el

voltaje pico-pico ser tomado como referencia. Como ya se calcul la

relacin en lneas arriba se mostrara los resultados en forma de tabla.

Para el borne a-c (Los valores de la tabla son consecuencia del voltaje

pico-pico tomado como referencia) y comparando con la tabla

Tabla 4.5 Resultados comparados con la tabla 4.4

Para el borne d-b

Tabla 4.6. Resultados comparados con la tabla 4.4

Imgenes de los resultados

R2() Vpp1 (V) Vm1(V) Error(%)

Vrms1(V)

Error(%)

430.3 7.8 2.482 5.721 3.9 5.641

420.9 7.76 2.470 3.347 3.88 3.092231.1 11.4 3.628 2.976 5.7 1.754225.2 11.6 3.692 2.762 5.8 1.724


Vrms2(V)

Error(%)

430.3 20.4 -6.494 2.833 10.1 0420.9 20 -6.366 1.665 10 0231.1 16.4 -5.220 2.107 8.2 1.219225.2 16.2 -5.156 2.055 8.1 1.234


14/26

Bornes a-c cuando R2 = 430.3 para V1

Bornes a.c Cuando R2 = 231.1 para V1


15/26

Para los bornes d-b Cuando R2= 420.9

Para los bornes d-b Cuando R2= 231.1


16/26

CASO 3



resistencias comunes, adems se observa que hay un puente de diodos

entre las resistencias

Figura 4.4 Circuito 3 don puente de diodos

R2() Vpp1(V)

Vm1(mV)

f1(Hz) Vrms1(V)

Vpp2(V)

Vm2(V) f2(Hz) Vrms2(V)

430.3 14.2 3.36 60.1643 5.12 19.2 12 120.238 12

420.9 14.4 8.93 60.2026 5.16 19 11.9 120.182 11.9231.1 21.8 -49.9 60..0601 7.78 15.6 9.69 120.170 9.69

225.2 22 -49.4 60.1529 7.87 15.4 9.58 120.211 9.58

Tabla 4.7 Datos del circuito 3

Este circuito es conocido como rectificador de onda completa, en la figura

4.5 se muestra el funcionamiento de los diodos, el periodo como se puede

observar disminuye a la mitad esto quiere decir que tericamente la

frecuencia debe duplicarse. La funcin que corresponde a la figura 4.5 es la

del valor absoluto de la funcin sinusiodal.

{ [ ]


17/26

De la figura 4.5 debemos aclarar que el voltaje pico-pico es lo mismo que el

voltaje mximo y obviamente el valor mnimo de voltaje es igual a cero.

Ahora veremos como es el clculo para el valor medio y valor eficaz de una

onda rectificada completamente.

Figura 4.5 Proceso de rectificacin de onda completa

Para calcular el valor eficaz de la onda:

|| ,


18/26

Para calcular el valor medio de la onda:

|| Como sabemos para el rango de 0 a T la funcin seno ya es positivo, por lo

tanto, solo quitamos las barras del valor absoluto

El anlisis ya no se va a comparar con los resultados tericos, sino que el

voltaje pico-pico ser tomado como referencia. Como ya se calcul la

relacin en lneas arriba se mostrara los resultados en forma de tabla.

Para el borne d-b

Tabla 4.8 Se ha calculado el valor medio y el valor eficaz desde el punto devista del valor pico-pico (referencia) y se ha calculado los errores conrespecto a los valores que se tomaron directamente del osciloscopio


Vrms2(V)

Error(%)

430.3 19.2 12.223 1.824 13.576 0.176420.9 19 12.095 1.612 13.435 0.483231.1 15.6 9.931 2.426 11.031 1.187225.2 15.4 9.804 2.284 10.889 0.817


19/26

Cuando R2= 430.3

Cuando R2= 420.9


20/26

Cuando R2 = 231.1

Para el borne a-c no se muestra la rectificacin completa de la

onda, as que no es necesario hacer los clculos.

Cuando R2 = 430.3


21/26

5. OBSERVACIONES

Para el caso 1 donde tericamente el valor medio debe ser cero, el osciloscopio

marca valores de hasta 50 mV entre positivo y negativo.

Existe una cada de potencial en los diodos comerciales, pero en nuestro caso no

ha convenido expresar los clculos tericos por ser innecesario en esta prctica,

por lo que las tablas 4.5, 4.6 y 4.8 se vern resultados de errores tomando como

referencia al valor pico-pico.

Para los casos 2 y 3 el borne a-c es decir la resistencia R1o voltaje V1esta antes

que el diodo rectificador de media onda para el caso 2 y tambin esta antes del

puente de diodos en el caso 3, la diferencia entre ambos es que solo en el caso 2;en el borne a-c se ve la rectificacin de media onda como muestran los grficos,

en tanto que en l caso 3 no se da la rectificacin de onda completa.

Los valores de tensin que muestra el voltmetro son muy cercanas a las tericas,

mientras que el osciloscopio presenta una pequea desviacin

Los diodos al tener un comportamiento no lineal evita o hace dificultoso el clculode los valores eficaces.

6. CONCLUSIONES

Para el circuito 1, las tablas 4.2 y 4.3 muestran errores, respecto al terico,

pequeas desviaciones de 0.076% el ms pequeo y 2.909% el ms grande loque quiere decir que, aunque suene muy obvio, la onda es alterna del tipo

sinusoidal ya que los valores del osciloscopio lo revelan as, es decir recibimos

seal del tipo alterna sinusoidal y no de otra manera y los parmetros que lo

justifican son el valor medio, el valor eficaz y el valor pico-pico en conclusin estas

determinaran las caractersticas de una onda. Por otro lado el valor medio para el


22/26

caso 1 no era cero, como debera ser tericamente, sino que tena valores de, por

ejemplo 8.93 mV o -49.6mV, lo que revela que el osciloscopio no ilustra una seal

de voltaje completamente sinusoidal.

Para el circuito 2, con un diodo, la onda toma otra forma, y ya no es alterna, sino

que es positiva en el primer semiperiodo y cero el otro semiperiodo, por lo que suvalor medio y eficaz cambian, como muestran las tablas 4.1 y 4.4, el valor eficaz

del circuito 1 es mayor que el valor eficaz del circuito 2 para sus respectivas

resistencias, adems el valor medio se hace positivo, desde este punto de vista la

onda sinusoidal alterna es mejor que la rectificacin de media onda para cargas

monofsicas.Adems de que un rectificador de media onda slo entrega la mitad

de la energa disponible en una onda AC

Para el circuito 2, es interesante destacar que la tensin en la carga es

unidireccional (positiva) pero no continua. Esta forma de onda no es la deseablepara alimentar dispositivos electrnicos, que generalmente requieren una

alimentacin constante.

Para el circuito 3, con el puente de diodos, como se ve en respectivas imgenes,

la onda no es alterna, ms bien es una onda positiva, adems el periodo se reduce

a la mitad, por lo que la frecuencia se duplica a 120Hz, como se muestran en las

figuras. El clculo del valor eficaz es de la misma forma que para una onda alterna

sinusoidal, pero su voltaje pico-pico es menor y por ende su valor eficaz tambin

es menor. Los errores para este circuito tambin tienen desviaciones pequeas. Para el circuito 3, la forma de la onda as, como sabemos la tensin es solo

positiva, como se muestra en las figuras no es utilizable ni aprovechable, sino

hasta que sea acompaado de algunos filtros y dems dispositivos para convertir

la corriente alterna en corriente continua en fuentes de alimentacin.

7. REFERENCIAS

Manual de Laboratorio de Circuitos Elctricos II FIM-UNI Fundamentos De Circuitos Elctricos ; Charles K. Alexander & Matthew

N.O.Sadiku; 3ra.Edicin; McGraw Hill

Introduccin al Anlisis de Circuitos, Boylestad, 10 edicin, Pearson


23/26

ANEXOS


24/26

CUESTIONARIO

1. Por qu la seal de voltaje visualizada en el osciloscopio no escompletamente sinusoidal?

Cuando la onda tensin medida en cualquier punto de un sistema elctrico se

encuentra distorsionada, se dice que se trata de una onda contaminada con

componentes armnicas.

Para que se considere como distorsin armnica las deformaciones en una seal,

se deben cumplir:

Que la seal tenga valores definidos dentro del intervalo. Que la seal sea peridica, teniendo la misma forma de onda en cada ciclo de

la seal de corriente o voltaje.

Permanente.- Cuando la distorsin armnica se presenta en cualquier instante

de tiempo, es decir, que no es pasajera.

En los sistemas elctricos es comn encontrar que las seales tendrn una cierta

distorsin que cuando es baja, no ocasiona problemas en la operacin de equipos

y dispositivos.

2. Explicar las diferencias en las lecturas de voltmetro (AC y DC)?

Un voltmetro en DC, mide la seal del voltaje en corriente continua, es decir, se va

a mantener en un solo valor, de algn modo va a ser constante la corriente.

La medida para una seal AC es diferente, ya que la corriente se va a comportar

como una seal sinusoidal, con una frecuencia y una amplitud definida, como

podemos observar por ejemplo en un osciloscopio, donde podemos apreciar onda

en AC. Lo que hace el multmetro para medir seales de este tipo, es hacer un

promedio de esta seal AC. Sabemos que una funcin sinusoidal tiene altos y

bajos, lo que se llaman picos. El multmetro lo que hace es dividir ese valor pico de

la onda sinusoidal, que es llamado Voltaje pico, (es decir la amplitud), y dividirlo por


25/26

la raz cuadrada de 2, esto para hallar el valor promedio del voltaje de la onda

sinusoidal. Este voltaje es llamado voltaje RMS.

3. Qu influencia ejerce el diodo y el puente de diodos en el circuito?Un diodo en el circuito elctrico rectifica la onda sinusoidal que ingresa a travs de

l y lo transforma en media onda. El rectificador de media onda es un circuito

empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una seal de corriente

alterna de lleno conducen cuando se polarizan inversamente. Adems su voltaje

es positivo.

El puente de diodos en el circuito elctrico tambin rectifica la onda que ingresa a

travs de l en onda completa. Un rectificador de onda completa convierte latotalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o

negativa) en la salida, mediante la inversin de las porciones (semiciclos)

negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o

negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir

una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

4. Qu diferencias existe entre un generador de ondas sinusoidales y un

generador elctrico?

Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener unadiferencia de

potencial elctrica entre dos de sus puntos transformando laenerga

mecnica enelctrica.Esta transformacin se consigue por la accin de uncampo

magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura

(denominada tambinestator).

Mientras tanto Un Generador de onda senoidal es un oscilador RC de baja

frecuencia, tambin conocido como Oscilador Puente de Wien.

Un Oscilador de Puente de Wien es un tipo de oscilador que genera ondas

senoidales sin necesidad de ninguna seal de entrada.
http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_onda_completahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1torhttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1torhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_onda_completa


26/26

5. Explicar los principios de funcionamiento entre un instrumento de hierro

mvil, bobina mvil y digital

Un multmetro digital es un instrumento de laboratorio capaz de medir voltaje de

CD, voltaje de CA, corrientes directas y alterna, temperatura, capacitancia,resistencia, inductancia, conductancia, cada de voltaje en un diodo, conductancia

y accesorios para medir temperatura, presin y corrientes. El lmite superior de

frecuencia de este instrumento digital queda entre unos 10 kHz y 1 MHz,

dependiendo del diseo del instrumento.

Para entender el funcionamiento de los dispositivos de hierro mvil es necesario

entender que las leyes del electromagnetismo exponen que cuando una corriente

atraviesa un material conductor se genera un campo electromagntico alrededordel mismo, de tal manera si se entorcha un alambre de forma regular, se generara

un campo magntico similar al de un imn, con un polo norte y polo sur bien

definidos.

Los multmetros analgicos vienen en una gran variedad de formas tamaos y

presentaciones. No obstante, la mayora tiene en comn los siguientes elementos.

En general, todos los multmetros analgicos emplean una bobina mvil la cual se

encarga de desplazar una aguja. El montaje fsico se conoce como cuadro mvil oinstrumento de DArsonval y consta de una bobina de alambre muy fino arrollada

sobre un tambor que se encuentra montado entre los polos de un imn

permanente, cuando circula una corriente directa a lo largo de la bobina, el campo

magntico generado por el paso de la corriente directa a lo largo de la bobina, el

campo magntico generado por el paso de la corriente interacta con el campo

magntico del imn.

Medida de Valores Medios y Eficaces de Circuitos Monofasicos

Documents

Transcript of Medida de Valores Medios y Eficaces de Circuitos Monofasicos