Práctica 2 Laboratorio Ingenieria electrica y electronica PDF

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONALEscuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas DIQIIngeniería Química Industrial Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaPRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA YELECTRÓNICAPRÁCTICA N° 2“Fuente Variable Regulada de Corriente Continua de 1-33”Profeso...

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL scuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractiv DIQI

Ingeniería Química Industrial Ingeniería Eléctrica y Electrónica

PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PRÁCTICA N° 2 “Fuente Variable Regulada de Corriente Continua de 1.2-33”

Profesora: Dora María Trejo Rubio

Alumnos

Boleta

Amador Dávalos Enid Lizbeth

2021320673

Be

Antonio

Firma

2021320118

Grupo: 2IM33 Ciclo escolar: 21 – 2

Fecha de entrega: 23 de septiembre de 2021

OBJETIVOS GENERALES:

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*Al término el alumno conocerá las partes que integra una fuente de corriente continua de 1.2-33 volt y también su construcción físicamente. * Conocerá las aplicaciones que se le dan a la fuente de corriente continua y su funcionalidad. *En esta práctica se demostrará que la corriente continua se trasmite en forma de onda rectificada, ya sea cuadrática, diente de sierra, etc. *Se conocerán las especificaciones de dicha fuente de corriente directa, como son: -Tensión nominal de entrada: 120 Volt ; Tensión de salida: 30 Volt -Frecuencia: _60_Hertz Corriente de salida (máxima) ________ Ampere -Potencia de salida máxima: __________ Watts MATERIAL EMPLEADO: ATENCION: El siguiente material es parte del Kit de SISCOM o IMORI Kits (no es necesario comprar las partes por separado) a menos que así se especifique, preferentemente adquiera la fuente SISCOM CON DISPLAY. Partes que contiene el Kit: a).- T1 - Transformador con primario adecuado para la red eléctrica (120 Volts A.C.) y secundario de 28Volts C.A. a 1.5 Amperes. b). - IC1 – Circuito integrado LM317T (Regulador de tensión) y disipador c). - 4 diodos rectificadores para 1A y tensiones de 100V o más tipo 1N4002~1N4007 o similar. d). - C1 – 2 Condensadores o Capacitores Electrolítico (filtro) 1000 μF a 50V. Se montan en paralelo en la tarjeta para sumar 2000 μF a 50V. e). - C2 – Condensador o Capacitor cerámico 0.1μF a 50V. f). - C3 – Condensador o Capacitor electrolítico 10μF a 50 v. g). - R1 – Resistencia de 3300 Ω a ½Watt. h). - R2 o VR1 – Potenciómetro 5KΩ lineal (no logarítmico). Nota: Los componentes a continuación SI deben ser conseguidos o adquiridos. i). - Multímetro digital (que sea capaz de medir mA y Amperes en modo C.A y C.C. j). - Pinzas de pequeñas para electrónica. k). - Desarmador plano ¼ l). - Soldadura y Pasta para Soldar 60/40. m). - Cautín de Punta para Soldar

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n). - Clavija con su cable de un metro de distancia. o). - Cinta de aislar. p). - 50 cm de cable calibre 22 (tipo para conexión de bocinas) para hacer conexiones, preferentemente rojo y negro. A continuación, se muestran los Kits para armar tanto el de SISCOM

Como el de IMORI

Nota: Ambos Kits contienen las partes necesarias para elaborar la fuente regulada de esta práctica, cada una tiene sus ventajas y desventajas, pueden elegir la que mejor se adapte a sus posibilidades y gustos, la fuente que tiene display es ligeramente más cara que las otras, pero tiene la ventaja de poder leer la tensión continua directamente y facilita mucho las mediciones.

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INTRODUCCIÓN La corriente alterna se representa por las iniciales CA en español o AC en inglés. En este tipo de corriente los electrones van a un lado y luego en sentido contrario y la magnitud y la dirección varían cíclicamente. Es importante mencionar que este tipo de corrientes es la que llega a los hogares, empresas e industrias. La corriente continua también conocida como corriente directa se representa por las iniciales CC en español o DC en inglés. En la corriente directa, los electrones viajan en la misma dirección entre dos puntos, este tipo de corriente es la que podemos encontrar en pilas o baterías y es la que utiliza los aparatos eléctricos que posean alguna placa de circuito impreso. Una fuente de poder es el componente electrónico cuya función principal es transformar una corriente alterna con un voltaje de 115V o 230V a una corriente directa cuya tensión oscila entre 15 y 12 voltios, ese tipo de voltaje es el que utiliza la computadora. Etapas de la fuente de poder El proceso de transformación de la corriente alterna a la corriente directa se realiza en cuatro etapas: transformación rectificación filtración y regulación. 

Etapa transformación

El transformador de entrada es el encargado de reducir la tensión de la red eléctrica que generalmente es de 120V o 220V a otra tensión menor que pueda ser tratada por la fuente de poder.

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

Etapa rectificación

El rectificador es el positivo eléctrico que tiene como función transformar la corriente alterna en corriente continua. Los rectificadores se clasifican según la cantidad de diodos que utilizan: rectificador de media onda y rectificador de onda completa. El rectificador de media onda se construye a partir de un solo diodo. El rectificador de onda completa es el más utilizado en la fabricación de las fuentes de alimentación de los equipos, ya que con un solo uso se puede obtener corriente continua, muy parecida a la que se encuentra en las pilas o baterías. Dentro de esta clasificación existen dos tipos: rectificador con transformador de toma interna el cual posee 2 diodos y el rectificador con puente compuesto por 4 diodos.



Etapa filtración

La etapa de filtración se encuentra formada por uno o varios condensadores, también conocidos como capacitores, los cuales tienen

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la función de tener una tensión continua, que es la que usan los circuitos eléctricos para su funcionamiento.



Etapa de regulación

El regulador es un circuito eléctrico que se encarga de reducir el rizado y entregar la energía necesaria a la computadora con una tensión adecuada.

o Reguladores lineales Son dispositivos electrónicos que permiten controlan la tensión de salida ajustando continuamente la caída de tensión en un transistor de potencia conectado en serie entre la entrada y la salida. Es decir que

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operan con una corriente continua, donde el nivel de tensión a la entrada siempre debe ser superior al de salida.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS La presente práctica consiste en la elaboración de una fuente de corriente directa variable entre 1.25 V y 30-33 Volts se salida corriente directa o C.D. Inicialmente requerimos reducir el valor del voltaje de la línea eléctrica de suministro que usualmente es de 120 Volts corriente alterna o C.A. Para ello debemos emplear un transformador con las características adecuadas a los valores que habremos de ocupar, la selección del transformador es crucial para un proyecto exitoso, debe tenerse en cuenta los valores de voltaje y corriente que deseamos obtener a la salida de la fuente ya que, de otro modo, si la elección del transformador es incorrecta será muy difícil, sino que imposible su realización. En nuestro caso usaremos un pequeño transformador con un voltaje en el primario de 120 V C.A. (aunque puede elegirse otro valor si el suministro fuera diferente) la salida en el secundario debe ser de entre 24 y 28 V C.A. a 1.0 o 2.0 amperes. Con o sin derivación central (en este caso no se ocupa, pero algunos modelos la tienen incluida). Estos valores determinan el valor de potencia máxima a la que el transformador funciona y cuanta energía podemos esperar de él, si nuestras necesidades fuesen diferentes es indispensable seleccionar el transformador con valores adecuados a la carga que requerimos. A la salida del transformador obtendremos una señal senoidal que es indispensable rectificar para obtener corriente directa, esto se logra mediante un dispositivo conformado por cuatro diodos rectificadores configurados como puente rectificador, los diodos que lo constituyen debe soportar al menos el valor de corriente que deseamos obtener a la

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salida de la fuente, es decir, como mínimo un ampere y un voltaje inverso de al menos 2 veces el valor pico a pico de la salida del transformador o sea cuando menos 100 volts, los diodos de la serie 1N400X, donde X puede ser 1, 2 ,3,4,5,6 o 7 tienen valores de 100, 200, 300, 400 volts y así sucesivamente, todos a 1 ampere máximo, de modo que resultan adecuados para esta aplicación, en este caso cualquiera de ellos es adecuado para nuestro propósito, en caso de emplear un puente de diodos monolítico este debe poseer parámetros similares es decir corriente de 1 ampere y al menos 200 volts de voltaje inverso. A la salida del puente rectificador instalaremos uno o más capacitores de filtrado cuyo propósito es el de cargarse al valor pico de la salida del puente de diodos, posteriormente se describe el cálculo del valor adecuado de este componente, la función de estos es estabilizar los pulsos que se obtienen a la salida del puente rectificador. A la salida de estos capacitores ya tenemos corriente directa, pero es muy elevada, recuerde que obtenemos el valor pico de la salida del transformador eso debe ser de aproximadamente 35 o 40 volts de C.D. La siguiente etapa es el regulador, en este caso usamos un circuito integrado monolítico de salida variable entre 1.25 y 30 volts del tipo LM 317T el cual requiere de una resistencia un potenciómetro (control) para ajustar su salida y dos capacitores que aseguran que su funcionamiento sea estable. Observe la configuración de las patas de este componente para que sea colocado en forma correcta ya que de no hacerlo no operará o resultaría dañado, también debe tomarse muy en cuenta que este dispositivo DEBE ser enfriado ya que al operar a corrientes elevadas se calienta y es indispensable disipar ese calor por medio de una aleta enfriadora de aluminio de dimensiones adecuadas. El Rectificador. Los diodos rectificadores deben poder ser capaces de soportar de forma continua valores de corriente que, según qué aplicaciones, puede llegar a ser elevada o muy elevada. Además, deben soportar picos de corriente varias veces mayores que su corriente nominal máxima de funcionamiento. En cuanto a las características de tensión, es normal que puedan trabajar con tensiones inversas de algunos cientos de volts.

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Para rectificar una tensión debemos tener muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar, en contadas ocasiones optaremos por una rectificación de media onda, en la mayoría de los casos, es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el rizado. Los diodos rectificadores encargados de esta función deben de poder disipar la potencia máxima exigible además de un margen de seguridad. También están los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cápsula en metálico para su adecuado enfriamiento, los diodos son de silicio (comercialmente llamados de silicón). En algunos casos los rectificadores están provistos de un disipador de calor adecuado a la potencia de trabajo, de todas formas, se debe tener en cuenta este factor. La tensión nominal del rectificador debe tener en sí mismo un margen para no verse afectado por los picos habituales de la tensión de red, para una tensión de secundario simple de 40V, debemos usar un diodo de 80V como mínimo, en el caso de tener un secundario doble de 40V de tensión cada uno, la tensión del rectificador debe ser de 200V y la potencia es algo más simple de calcular, ya que se reduce a la tensión por la intensidad y aplicaremos un margen de 10 a 30 Watts por encima de lo calculado, como margen.

Símbolo de un diodo En nuestro caso usamos diodos tipo 1N400X Donde X, puede ser 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Este último digito relaciona el valor del voltaje máximo que tolera el diodo y es 1 para 100Volts 2 para 200 Volts

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3 para 300 Volts, etc. Cualquiera de ellos es apto para soportar 1 ampere y el valor del voltaje de salida que usaremos en nuestra fuente. Observe que el diodo solo conduce en un sentido por lo que dejará pasar la corriente solo si el cátodo es más negativo que el ánodo y no conduce en sentido inverso, de aquí su uso como rectificador. Tomemos como ejemplo un diodo rectificador muy difundido, el 1N4007. Tiene aplicaciones en fuentes de alimentación de pequeña potencia de salida. Sus principales características son: *Picos repetitivos de tensión inversa: 1 000V máximo. *Picos no repetitivos de tensión inversa: 1 200V máximo. *Tensión inversa máxima de forma continua: 700V. *Corriente nominal directa máxima: 1A. *Picos de corriente directa no repetitivos: 30A máximo. De estos datos podemos deducir que este diodo puede ser usado a una corriente de 1 ampere máximo y un voltaje inverso de hasta 700 Volts, lo que resulta adecuado en nuestro caso. Los diodos también pueden ser configurados dentro de “paquetes” que contienen cuatro diodos conectados internamente como un puente el cual es usado como rectificador de onda completa principalmente. La configuración es la siguiente:

Kit de SISCOM con display

Existen varias capsulas para este dispositivo, aunque su función es muy similar, la diferencia básica es su capacidad de manejo de voltajes y corrientes. En el caso de nuestra fuente, los diodos son del tipo sencillo y es indispensable soldarlos correctamente para configurar el puente rectificador.

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Como medir un diodo:

El circuito integrado regulador. El regulador. Como regulador de voltaje usamos un circuito tipo LM317T, en su interior hay un circuito integrado complejo, sin embargo, para simplificar su uso solo tiene 3 pines que son una entrada de voltaje, una salida y el pin de ajuste, vea los detalles más adelante. Este circuito es un regulador variable desde 1.2 hasta 35 volts aproximadamente y está protegido contra calentamiento excesivo y cortocircuito a la salida, sin embargo, se recomienda enfáticamente no someterlo a corto circuito a la salida y colocarle un disipador de calor adecuado a la potencia máxima que se maneja. En el caso de necesitar corrientes superiores a 1A, pueden utilizarse los reguladores de la serie 78HXX, LM3XX, en cápsula TO-3, por ejemplo, el LM350K, capaces de suministrar hasta 5A.

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De izquierda a derecha y observando el dispositivo como muestra la figura tenemos la pata 1 es el ajuste, esta será responsable de proporcionar la referencia para la salida del regulador, observe el diagrama, se conecta a la salida por medio de una resistencia de 220 ohms y el control de 5 k ohms para hacer el ajuste. La pata del centro también está conectada a la parte metálica del componente tenga esto en cuenta para no cortocircuitar ya que es la salida del regulador, finalmente tenemos la pata 3 que es la entrada de voltaje no regulado la cual proviene de la salida del puente de diodos y después de los capacitores de filtrado. Este circuito integrado es muy resistente pero requiere de dos cosas muy importantes: La primera es que sea conectado conforme a sus especificaciones y en forma correcta y el segundo es proporcionarle un elemento metálico o disipador en el que pueda transferir el calor que genera cuando se le demanda corriente a su salida, esto debe ser una placa grande de aluminio de ser posible del tipo adecuado a este circuito integrado debe aislarse bien para que no se produzca cortocircuito y preferentemente usar grasa de transferencia térmica entre el encapsulado y el disipador metálico para facilitar la transferencia térmica. Si se cumplen estos requisitos el dispositivo es muy seguro y poco propenso a fallas o daños, es muy estable. Si lo que se desea es en valor fijo a la salida de la fuente, entonces puede emplearse otro tipo de circuito integrado el cual no tiene pata de ajuste, su conexión es más sencilla pero no habrá forma de variar el valor de la salida fácilmente. Existen en una gran variedad de valores de salida, incluso para regular voltajes negativos, en todos los casos se debe observar las conexiones correctas y un buen sistema para disipar el calor que generan en su operación, son extensamente usados en la electrónica y en la industria en general. El diseño de fuentes de alimentación estabilizadas mediante reguladores integrados monolíticos (reguladores fijos), resulta sumamente fácil. Concretamente para 1A (ampere) de salida, en el comercio con encapsulado TO-220, se dispone de los más populares en las siguientes tensiones estándar de salida: Tipo Voltaje de

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UA7805 UA7806 UA7808 UA7809 UA7812 UA7915 UA7818 UA7824 UA7830 UA79XX

salida 5 6 8 9 12 15 18 24 30 Versión negativo TABLA 1

Todos estos tienen reguladores en común que son fijos y que proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente máxima, de 1A. Además de estos, en el mercado se pueden encontrar reguladores ajustables a tres patillas o más, con diferentes encapsulados en TO220AB, TO-3 y SIL, según la potencia y el fabricante. Los más populares son los 78MG, LM200, LM317, LM337 y LM338, etc. Los fabricantes de los reguladores recomiendan que la tensión entrada por el secundario del transformador debe ser como mínimo 3V superior a la tensión nominal del regulador (para un 7812, la tensión del secundario mínima será de 15V o mayor), esto también tiene que ver con la intensidad de consumo que se le exija a la salida de la fuente. En el supuesto de necesitar una tensión regulable (ajustable) desde 1.5V a 24V. El regulador por utilizar podría ser uno de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es que le terminal común, en lugar de estar conectado a masa (negativo), es del tipo flotante y por lo tanto esto permite ajustarle en tensión. Estos son los encapsulados típicos.

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El transformador. El transformador para una alimentación estabilizada debe ser, un transformador separador, esto quiere decir, que ha de disponer por seguridad, de dos devanados separados (eléctri...