P2 fuentes de alimentaciónde corriente directa PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA YELÉCTRICAUNIDAD ZACATENCOINGENIERÍA ELÉCTRICAACADEMIA DE ELECTROTECNIAANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS IPRACTICA 2 “FUENTES DE ALIMENTACION DECORRIENTE DIRECTA”INTEGRANTES: BOLETA: CALF:AVENDAÑO SUAREZ ALAN BARUCH 2020302690 ____...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

INGENIERÍA ELÉCTRICA ACADEMIA DE ELECTROTECNIA

ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS I PRACTICA 2 “FUENTES DE ALIMENTACION DE CORRIENTE DIRECTA” INTEGRANTES:

AVENDAÑO SUAREZ ALAN BARUCH CAZARES GONZÁLEZ ANDREA PACHECO PANTALEON CARLOS DANIEL

GRUPO: 4EM3

BOLETA: CALF:

2020302690 _____ 2020300167 _____ 2020302211 _____

EQUIPO: 1

FECHA DE REALIZACIÓN: FECHA DE ENTREGA: PROFESORES: BERNABE Y DE LA LUZ MARIO JIMENEZ TRUJILLO FERNANDO MARTINEZ ORTIZ PEDRO

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Índice Objetivos .. ........................................................................................................................ 3 Introducción teórica ............................................................................................................ 3 Procedimiento .................................................................................................................... 6 Instrumentos y accesorios empleados .............................................................................. 7 Diagramas eléctricos. ...................................................................................................... 9 Esquema físico de la instalación. ..................................................................................... 9 Tablas de cálculos iniciales, lecturas y cálculos finales.................................................. 13 Obtención y Análisis de resultados. ............................................................................... 16 Conclusiones. ................................................................................................................... 18 Bibliografía. ..................................................................................................................... 18 Anexo 1. Hojas de campo. ................................................................................................ 19 Anexo 2. Memoria de cálculos.......................................................................................... 19

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Objetivos  Analizar y comprender las herramientas y fuentes de alimentación de corriente directa implementadas en laboratorio. 

Cuantificar el índice de error sobre el control de la tensión de salida, fijar la atención en la mínima y máxima.

 Hallar un cálculo para la regulación de tensión.  Examinar el comportamiento de la reducción acerca de la intensidad de corriente eléctrica. Introducción teórica FUENTES DE ALIMENTACIÓN El principal objetivo de una fuente de alimentación es de proporcionar un valor de tensión adecuado para el funcionamiento de cualquier dispositivo. La fuente de alimentación se encarga de convertir la entrada de tensión alterna de la red en una tensión continua y consta de varias etapas que son: Transformación, rectificación, filtrado y regulación. Etapa de transformación: Esta etapa consta básicamente de un transformador que está formado por un bobinado primario y uno o varios bobinados secundario, que tiene como función principal. convertir la energía eléctrica alterna de la red, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Además, provee una aislación galvánica entre la entrada y la salida.

Etapa de rectificación: Esta etapa queda constituida por diodos rectificadores cuya función es de rectificar la señal proveniente del bobinado secundario del transformador. Existen 2 tipos de configuraciones que son rectificación de media onda y de onda completa.

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Etapa de filtrado: Esta etapa queda constituida por uno o varios capacitores que se utilizan para eliminar la componente de tensión alterna que proviene de la etapa de rectificación. Los capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descargan lentamente cuando la señal pulsante desaparece. Permitiendo lograr un nivel de tensión lo más continua posible.

Etapa de regulación: Esta etapa consiste del uso de uno o varios circuitos integrados que tienen la función de mantener constante las características del sistema y tienen la capacidad de mantener el estado de la salida independientemente de la entrada. Esta etapa se puede dividir en: Reguladores lineales y regulador de conmutación (switching).

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Reguladores lineales Ventajas -Simplicidad de diseño, debido a que utilizan pocos componentes. - Para potencias menores de 10w, el costo de los componentes es relativamente bajo. Reguladores lineales Desventajas - Baja eficiencia, los reguladores lineales poseen una eficiencia del orden entre el 30% y 60%. - Disipación de calor, debido a su baja eficiencia el resto de la energía se disipa en forma de calor, Parámetros: - Tensión de entrada (Vi), es el valor de tensión en la cual el regulador puede funcionar sin problemas. - Corriente de salida (Io), es la máxima corriente que puede circular por el regulador - Tensión de salida (Vo), es la tensión que suministra el regulador. - Corriente de reposo (Iq), corriente que consume el regulador. - Caída de tensión (Vdrop), es la caída de tensión mínima que se produce entre la entrada y salida del regulador Máxima potencia de disipación Los fabricantes suministran gráficos que indican la máxima potencia disipable en función de la temperatura del dispositivo y de la resistencia térmica del disipador si se utiliza, o bien la máxima potencia absoluta, con y sin disipador. la potencia máxima está comprendida entre: - 0.5 y 0.6 W para TO-92, - 2W sin disipador y hasta 15W con disipador para TO220, - 3W sin disipador y hasta 25W con disipador para TO-3 Tipos de reguladores lineales. Los reguladores lineales se pueden clasificar según la tensión de “dropout” que es caída de tensión nominal que se genera entre la entrada y la salida del regulador. Por lo Tanto tenemos: Reguladores lineales estándar Requieren voltajes de entrada de al menos 2V mayor que el de salida para obtener una salida regulada. Esto se debe a que la caída de tensión interna de estos dispositivo es del orden de los 1.7volts a 2.5volts. Reguladores lineales LDO (Low Drop Out)

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Son dispositivos que permiten obtener una tensión regulada con una caída de tensión interna menor que los reguladores estándar, lo que trae como beneficio menor disipación de energía, es decir menor generación de calor. Estos son ideales para aplicaciones donde se desea obtener una tensión regulada y la fuente para obtener esta, no nos permite utilizar un regulador estándar debido a que la caída interna que produciría esta no nos permite obtener la tensión deseada, como ejemplo de esto son las aplicaciones con baterías. Estos dispositivos tienen una caída interna de entre 1.1 a 1.3 V Reguladores lineales VLDO (Very Low Drop Out) Son dispositivos electrónicos que permiten obtener una tensión regulada con una caída de tensión interna menor que los reguladores estándar y LDO. Se aplican de forma similar que los reguladores LDO. La caida de tension interna para estos dispositivos es del orden de 0.7 a 1 volt. FORMULA: Para calcular el porcentaje de R

𝑌𝐴 = 𝑌1 +

(𝑌2 − 𝑦1 )(𝑋𝐴 − 𝑋1 ) (𝑋2−𝑋1 )

DONDE: Y1=% INICIAL Y2=%FINAL X1=CORRIENTE INICIAL X2=CORRIENTE FINAL XA=CORRIENTE EN LA CUAL SE QUIERE CALCULAR EL %R YA=%R

Procedimiento En la practica 2 se dio una introducción de que equipo de medición se usaría para el desarrollo de la práctica, se utilizó una fuente de alimentación donde se conocieron sus diferentes componentes como sus entradas, sus voltajes y los diferentes componentes que tiene, también se procedió a conocer cómo es que cada uno de los componentes se conectaban y como se maneja la fuentes en C.D, también como es que debemos conectar bien la tierra de la fuente de alimentación , se conoció los conceptos básicos de cada componente de la fuente como Salida de corriente directa, Alimentación de corriente alterna, Regulación de la línea, Regulación de tensión, Rizado y Ruido, Impedancia de Salida, Régimen de Temperatura etc., también conocimos como es que debemos de

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utilizar con precaución ya que esta fuente al no tener un buen manejo podría causar accidentes y es por eso que se debe de conocer previamente. Después de conocer la fuente se empezó a calcular valores dados de tensiones y voltajes generados donde conoceremos los resultados de la intensidad al tener un porcentaje de la resistencia y se procedió a llenar las tablas donde registramos nuestras tomas de lecturas de corriente. Después realizamos esquemas que nos ayudaría de una forma a poder trabajar con la fuente ya que por consecuencia de la pandemia no se cuenta con un laboratorio donde se pueda hacer físicamente y experimentar, pero los esquemas fueron de gran ayuda para la realización de esta práctica.

Instrumentos y accesorios empleados o Un Resistor variable, de cuando menos 500 [Ω], que pueda soportar una corriente de1.2 [A]: Es un resistor lineal sobre el cual desliza un contacto eléctrico capaz de inyectar corriente en un punto intermedio de su elemento resistivo.

o Un Multímetro Digital: Es una herramienta de prueba usada para medir dos o más valores eléctricos, principalmente tensión (voltios), corriente (amperios) y resistencia (ohmios). Es una herramienta de diagnóstico estándar para los técnicos de las industrias eléctricas y electrónicas.

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o Un Multímetro Analógico Electromecánico: convierten el valor obtenido en un movimiento de la aguja en el tablero de medición. Se llama medidor analógico puesto que el valor obtenido de la medición es reflejado continuamente en el movimiento de la aguja.

o Un interruptor de un polo un tiro: Un interruptor de un polo y dos tiros es un interruptor que sólo tiene una sola entrada y se puede conectar a y cambiar entre 2 salidas. Esto significa que tiene un terminal de entrada y dos terminales de salida. Un interruptor de un polo y dos tiros puede servir una variedad de funciones en un circuito. Puede servir como un interruptor de encendido-apagado, dependiendo de cómo se conecte el circuito. O puede servir para conectar circuitos a cualquiera de las 2 rutas diferentes que un circuito puede necesitar para funcionar.

o Un tablero de Conexiones: Es una matriz de jacks, o tomas de corriente (por lo general llamadas hubs), en la que los cables de conexión se pueden insertar para completar un circuito eléctrico. Estos paneles de control se utilizaron para dirigir la operación de algunos equipos de registro de la unidad.

o Fuentes de Alimentación de Corriente Directa, modelo HM – 2220: También son llamadas fuentes de alimentación, son un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta.

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o Cables de Conexión: Es un término general para el cableado que conecta dos dispositivos electrónicos entre sí, normalmente en una red.

Diagramas eléctricos.

Esquema físico de la instalación. 9

V=12V R=240Ω I=50mA

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V=-15V R=300Ω I=500mA

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V=5V R=100Ω I=50mA

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Tablas de cálculos iniciales, lecturas y cálculos finales.

TABLA 1. CONTROLES Y SALIDAS DEL TABLERO DE LAS FUENTES DE CORRIENTE DIRECTA

No.

NOMBRE DEL DISPOSITIVO

DESCRIPCIÓN/FUNCIÓN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Toma corrientes Protección térmica Interruptor de fuente Regulador de V (+) Regulador de V (-) Protección térmica Regulador de corriente Protección térmica Salida de voltaje (+) Salida de voltaje (-) Interruptor de fuente Salida de voltaje fijo Protección térmica

Energizar con C.A. Protegerse de sobre corriente Energizar con C.D. Ajusta el voltaje de salida Ajusta el voltaje de salida Protección Regula el amperaje Protección Voltaje positivo Voltaje negativo Energizar con C.D. Voltaje constante Protección

VALORES DE TENSIÓN ó CORRIENTE (MIMAX ó NOMINAL) QUE SE MUESTRA 127V 10A 10A máx. ±1.2Vmin→25Vmáx 1.2Vmin→25Vmáx -1.2Vmin→-25Vmáx 1.2 A máx. 1.2 A máx. 1.2 A máx. 1.2Vmin→25Vmáx -1.2Vmin→-25Vmáx 5V 5V 1.2 A máx.

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TABLA 2. VALORES MÍNIMOS Y MÁXIMOS DE LAS SALIDAS DE LAS FUENTES DE TENSIÓN VARIABLES TENSIÓN [V]

FUENTE SALIDA POSITIVA SALIDA NEGATIVA

MÍNIMA 1.2V -1.2V

MÁXIMA 25V -25V

TABLA 3. TENSIÓN DE SALIDA DE LA FUENTE FIJA

FUENTE 5.00

TENSIÓN [V] 4.9 a 2%

TABLA 4. LECTURAS PARA DETERMINAR LA REGULACIÓN DE TENSIÓN DE LA FUENTE CON SALIDA POSITIVA

Resistencia

12V 240 199.96 171.37 149.92 133.25 119.90 59.85 39.84 29.83 23.82 19.82 16.966 14.82 13.15 11.82

24V 480 399.92 342.75 299.85 266.50 239.80 119.71 79.68 59.65 47.65 39.65 33.932 29.646 26.30 23.64

Corriente 𝑰𝑪 mA 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tensiones con carga a partir de tensiones sin carga 12V 24V 12V 24V 11.9976V 23.9952V 11.9964V 23.9928V 11.994V 23.988V 11.9928V 23.9856V 11.9904V 23.9808V 11.9712V 23.9424V 11.9532V 23.9064V 11.934V 23.868V 11.9148V 23.8296V 11.8956V 23.7912V 11.8764V 23.7528V 11.8584V 23.7168V 11.8392V 23.6784V 11.82V 23.64V

%R

0 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.24 0.39 0.55 0.71 0.87 1.03 1.18 1.34 1.5 14

TABLA 6. LECTURAS PARA DETERMINAR LA REGULACIÓN DE TENSIÓN DE LA FUENTE CON SALIDA NEGATIVA. Resistencia -15V 300 259.95 214.22 187.40 166.56 149.88 74.82 49.80 37.29 29.78 24.78 21.20 18.52 16.44 14.775

-25V 500 416.58 357.03 312.34 277.61 249.80 124.70 83.008 62.15 49.64 41.30 35.34 30.88 27.4 24.625

Corriente 𝑰𝑪 mA 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tensiones con carga a partir de tensiones sin carga -15V -25V -15V -25V -14.997V -24.995V -14.9954V -24.9925V -14.9925V -24.9875V -14.991V -24.985V -14.988V -24.98V -14.964V -24.94V -14.9415V -24.9025V -14.9175V -24.8625V -14.898V -24.8225V -14.8695V -24.7825V -14.8455V -24.7425V -14.823V -24.705V -14.799V -24.665V -14.775V -24.625V

%R 0 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.24 0.39 0.55 0.71 0.87 1.03 1.18 1.34 1.5

TABLA 8. LECTURAS PARA DETERMINAR LA REGULACIÓN DE LA FUENTE DE TENSIÓN CON SALIDA FIJA. V0=5V Resistencia

Corriente 𝑰𝒄 [mA]

Tensión de Carga 𝑽𝒄

% Resistencia

100 Ω 249.947368 Ω 214.195489 Ω 187.381579 Ω 166.526316 Ω 149.842105 Ω 74.7631579 Ω 49.7368421 Ω 37.2236842 Ω 29.7157895 Ω 24.7105263 Ω 21.1353383 Ω 18.4539474 Ω 16.3684211 Ω 14.7 Ω

50.0 mA 60.0 mA 70.0 mA 80.0 mA 90.0 mA 100.0 mA 200.0 mA 300.0 mA 400.0 mA 500.0 mA 600.0 mA 700.0 mA 800.0 mA 900.0 mA 1000.0 mA

5V 4.99 V 4.998 V 4.997 V 4.996 V 4.994 V 4.984 V 4.9735 V 4.963 V 4.9525 V 4.942 V 4.9315 V 4.921 V 4.9105 V 4.9 V

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.11 0.32 0.53 0.74 0.95 1.16 1.37 1.58 1.79 2.00

[V]

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TABLA 10. COMPORTAMIENTO DEL LIMITADOR DE CORRIENTE TENSIÓN

CORRIENTE

V

Ic

[V] 25 23 13 6 1.2

[mA] 1000 900 400 150 30

POSICIÓN DEL LIMITADOR DE CORRIENTE MÁXIMA ¾ DE LA MÁXIMA ½ DE LA MÁXIMA ¼ DE LA MÁXIMA MÍNIMA

Obtención y Análisis de resultados. CALCULOS TABLA 4 𝑉 = 12𝑉 − 12 ( 𝑅𝛺 =

0 ) = 12𝑉 100

𝑉 12𝑉 = 240𝛺 = 𝐼 50𝑋10−3 𝐴 . …

𝑉 = 12𝑉 − 12 ( 𝑅𝛺 =

1.5 ) = 11.82𝑉 100

11.82𝑉 𝑉 = = 11.82𝛺 𝐼 1000𝑋10−3 𝐴

𝑉 = 24𝑉 − 24(0) = 24𝑉 𝑅𝛺 =

𝑉 24𝑉 = 480𝛺 = 𝐼 50𝑋10−3 𝐴 . …

𝑉 = 24𝑉 − 24 ( 𝑅𝛺 =

1.5 ) = 23.64𝑉 100

23.64𝑉 𝑉 = = 23.64𝛺 𝐼 1000𝑋10−3 𝐴

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CALCULOS TABLA 6 𝑉 = −15𝑉 + 15 ( 𝑅𝛺 =

0 ) = −15𝑉 100

−15𝑉 𝑉 = = 300𝛺 𝐼 50𝑋10−3 𝐴 . …

𝑉 = −15𝑉 + 15 ( 𝑅𝛺 =

1.5 ) = −14.775𝑉 100

−14.775𝑉 𝑉 = = 14.775𝛺 𝐼 1000𝑋10−3 𝐴

𝑉 = −25𝑉 + 25(0) = −25𝑉 𝑅𝛺 =

−25𝑉 𝑉 = 500𝛺 = 𝐼 50𝑋10−3 𝐴 . …

𝑉 = −25𝑉 + 25 ( 𝑅𝛺 =

1.5 ) = 24.625𝑉 100

𝑉 2.625𝑉 = 24.625𝛺 = 𝐼 1000𝑋10−3 𝐴

CALCULOS TABLA 8 𝑉 = 5𝑉 − 5(0) = 5𝑉 𝑅𝛺 =

5𝑉 𝑉 = = 100𝛺 𝐼 50𝑋10−3 𝐴 . …

𝑉 = 5𝑉 − 5 ( 𝑅𝛺 =

2 ) = 4.9𝑉 100

𝑉 4.9𝑉 = 4.9𝛺 = 𝐼 1000𝑋10−3 𝐴 17

Conclusiones. Avendaño Suarez Alan Baruch Dentro de esta práctica se comprendió el uso de las fuentes de alimentación y sus componentes, entradas y recursos para implementarlos en algún circuito y ensamblarlo. Observamos la diferencia entre la tensión positiva, la salida negativa y la fija, al igual que el margen de error dado un margen de intensidad de corriente; además de aprender a calcular las tensiones y su resistencia ya que cambia con respecto al amperaje que se dé. Lo comprendido en esto fue utilizar diferentes cantidades de tensiones y saber ocuparlas en el aspecto práctico. Cazares Gonzalez Andrea Esta práctica me hace concluir sobre la importancia de las fuentes de alimentación en los circuitos, la cual adecua la tensión para una mejor utilización de C.D. ya que estas fuentes de alimentación pasan por un proceso de C.A. a C.C. (Transformación, rectificación, filtrado y regulación). Así mismo nos hizo comprender que era considerable conocer los valores máximos y mínimos de nuestra fuente ya que estos pueden variarse para un mejor funcionamiento y análisis de circuitos, en su probable caso la fuente de voltaje fija [5v]. Se nos mostraron las formulas de como obtener R% y obteniendo este se podía obtener la R. Pacheco Pantaleón Carlos Daniel Esta práctica nos enseñó a como poder conocer los componentes de una fuente de alimentación, también la importancia de sus salidas y como estas deben ser conectadas adecuadamente para poder hacer mediciones que nos ayude a resolver problemas que nos surjan, también los aspectos de tener un buen uso de ella porque él no saber cómo manejarla puede que cause cortos de circuito incluso dañando la fuente de alimentación, es una práctica muy interesante en el cual requiere de muchos cálculos pero aprendiendo hacerlos es más fácil poder desarrollarlos, también las indicaciones de los profesores nos ayudó mucho para el mejor entendimiento de la práctica por parte del alumno. Bibliografía.  Libro: Circuitos eléctricos Séptima edición Autor: James W. Nilsson Editorial: PEARSON3.- Libro: Fundamentos de Circuitos Eléctricos Tercera edición Autor: Charles k. Alexander Editorial: MC GRAW HILL

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 Apuntes de teoría de circuitos. (2021, marzo). https://earchivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/8973/TCircuitos.pdf?sequence=1&isAllo wed=y Anexo 1. Hojas de campo. Anexo 2. Memoria de cálculos.

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