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DEP ART RAMENT O

EL ÉCT RI CAYEL ECT RÓNI CA CARRERA

ASI GNAT URA:

FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

DOCENT E:

PERI ODO L ECT I VO: I n g . Eu t i mi oMi s a e l Pa z mi ñ oJ i mé n e z NRC:

I NG. EL ECT ROMECÁNI CAY MECAT RÓNI CA Marzo –Julio 2019

NI VEL :

2 5 9 1

PRÁCT I CAN° :

SEGUNDO

LABORAT ORI ODONDESEDESARROL LARÁLAPRÁCTI CA: Má q u i n a sEl é c t r i c a s TEMA:

T EMADELA PRÁCT I CA:

Mediciones de la corriente alterna con osciloscopio

I NT RODUCCI ÓN:

En el laboratorio es necesario conocer el comportamiento del voltaje, de la corriente y de la potencia en cualquier elemento de un circuito eléctrico. Así como también la conexión de los instrumentos de medida. Para los prototipos de este ensayo, en el cual se tratan parámetros de C.A (los valores varían con el tiempo), el osciloscopio es el instrumento de medida apropiado, posibilita mediciones de precisión de muchas magnitudes eléctricas, es inigualables en su habilidad de representar gráficamente la magnitud medida como así también su variación con el tiempo. La medición del periodo de una onda, requiere aclarar dos definiciones: Ciclo: La parte de una onda cuyo conocimiento es necesario y suficiente para la construcción completa de la misma. Periodo (T): El tiempo en segundos para completar un ciclo; el número de ciclos en un segundo se denomina “frecuencia” La relación matemática entre el periodo y la frecuencia está dada por la ecuación: f=1/T. La amplitud de la corriente (tensión) alterna está definida por tres parámetros “pico a pico”, “pico”, “valor eficaz”; el valor de una tensión senoidal se mide con el osciloscopio. Medida de frecuencias.- El osciloscopio no mide frecuencia sino que los compara con otra conocida. El conjunto de las figuras de Lissajous es una herramienta para la medición de frecuencia. Medición de la diferencia de fases.- Si dos corrientes, o dos tensiones, o una tensión y una corriente o dos fenómenos periódicos cualquiera tienen la misma frecuencia y alcanzan sus picos o ceros en distintos momentos, se dice que hay diferencia de fase (desfasaje) entre ellos, con un ángulo de fase

θ

OBJ ET I VOS:

Representar diferentes tipos de onda en base a frecuencia y amplitud con ayuda de un osciloscopio Familiarizarse con los conceptos de frecuencia, periodo y sus mediciones mediante el osciloscopio Obtener las figuras de Lissajous Medir la frecuencia de fase mediante el osciloscopio Simular las prácticas físicas en softwares para comprobar los fenómenos realizados

EQUI POSYMAT ERI AL ES:       

Osciloscopio 1 Generador de señal de audiofrecuencia 1 Multímetro de CA 1 Generador de señal con tensión de salida igual a 6.3 V 1 Capacitor de 0.1 uF Resistencia de 1K 1 Tablero de aplicación 1

  

Utilice ropa de protección: mandil, guantes, gafas, cabello recogido, zapato cerrado, etc. Verifique la disponibilidad de los equipos a usar en la práctica. Revise las características de funcionamiento de los equipos.

I NSTRUCCI ONES:

ACTI VI DADESPORDESARROL LAR:

1. Determinación de la frecuencia mediante la medición del período. 1.1. Ajuste la señal del generador de audiofrecuencia, a 1000 Hz 1.2. Conecte la señal de salida del generador a la entrada del eje " Y " del osciloscopio. 1.3. Utilice el osciloscopio para medir el período. Registre en la tabla 1. 1.4. Repita la medición anterior para frecuencias de 2000, 3000, 4000 y 5000 Hz.

Tabla 1 Magnitud medida

Período

• Frecuencia calculada (Hz)

(ms)

Frecuencia de entrada en Hz 1000 2000 3000 4000 5000

1 ms

1Hz

500 µs

2000 Hz

300 µs

3333.3 Hz

250 µs

4000 Hz

200 µs

5000 Hz

De s c r i p c i ó n : De t e r mi n a c i ó nd el af r e c u e n c i ame d i a n t el ame d i c i ó nd e l p e r i o d o 2 Medición de Ondas de C.A. 2.1. Ajuste la señal del generador a una frecuencia de 1000 Hz y 1 Voltio (tensión eficaz) de salida. 2.2. Ajuste la sensibilidad del eje " Y " a 1 Voltio por centímetro. 2.3. Conecte la señal de salida del generador a la entrada " Y". 2.4. Ajuste la base de tiempo del osciloscopio de manera que aparezcan varios ciclos en la pantalla. 2.5. Mida los valores de pico a pico. Registre los resultados en la tabla 2. 2.6. Repita la medición anterior para los siguientes niveles de la señal de salida: 2, 3 4 y 5 Voltios (tensión eficaz).

Tabla 2 Valor pico

Valor pico a pico

*Valor eficaz

Niveles de señal

(Vp)

(Vp-p)

calculado (V)

de entrada Valor eficaz (V) 1

1,52

3,04

1,075

2

2,82

5,64

1,99

3

4,2

8,4

2,96

4

5,54

11,08

3,91

5

6,84

13,68

4,83

Magnitud medida

Descripción: Medición de tensión eficaz de C.A 

Valor eficaz de 1 V



Valor eficaz de 2 V



Valor eficaz de 3 V



Valor eficaz de 4 V



Valor eficaz de 5 V

3. Medición de frecuencia en base a las Figuras de Lissajous.

3.1. Conecte el circuito como se indica en la figura 1. El transformador disminuye la tensión de la red de 220 V a 6,3. V de C. A.

Fig. 1 Nota.- Si no tiene a su disposición un transformador reductor de tensión conecte un generador de señal de audio al eje " Y " del osciloscopio con una frecuencia de 60 Hz y una tensión eficaz de 10 Voltios.

3.2. Ajuste la sensibilidad del amplificador vertical para obtener una (deflexión) simétrica de varios pares de divisiones en la pantalla. 3.3. Desconecte el generador de señal de la entrada vertical, conecte otro generador de señal con una frecuencia de 60 Hz a la entrada del amplificador horizontal. Ajuste la amplitud de salida del generador para obtener una deflexión horizontal igual a la obtenida en el párrafo 3.2. 3.4. Vuelva a conectar el primer generador de señala a la vertical. Dibuje en la tabla 3, las figuras que aparecen en la pantalla del osciloscopio. 3.5. Repita las mediciones anteriores para las siguientes frecuencias del generador de señal: 60, 120, 180, 240 y 300 Hz.

Tabla 3 Magnitud

Medida

Forma de la figura que * Frecuencia

Frecuencia en la entrada

Frecuencia en la entrada

aparece en la pantalla horizontal calculada

vertical (Hz)

horizontal (Hz)

del Osciloscopio

60

60

59.7

60

120

120.2

60

180

178.8

60

240

239.5

60

300

300.5

(Hz)

Descripción: Medida de frecuencias mediante las Figuras de Lissajous. 4. Medida de la Diferencia de Fase. 4.1. Conecte el circuito como se indica en la figura 2

Fig. 2

4.2. Fije la frecuencia del generador de señal a 500 Hz y a un nivel de salida de 5 V p-p. 4.3. Calibre el osciloscopio para obtener una deflexión igual en ambos ejes (como se describió en el párrafo 3). 4.4. Mida las magnitudes de “a“ y de “b” (ver figura 3), y registre en la tabla 4.

Fig. 3 4.5. Repita las mediciones anteriores para las siguientes frecuencias del generador: 1000, 2000, 3000, 4000 y 5000 Hz

Magnitud medida

a

b

Sen θ

Angulo de fase θ

Frecuencia

(cm)

(cm)

1000

0.2

0.225

0.889

62.73 °

2000

0.11

0.12

0.916

66.44 °

3000

0.076

0.08

0.95

71.8 °

4000

0.056

0.057

0.982

79.25°

5000

0.0443

0.0445

0.995

84.56 °

de entrada ( Hz )

Fig.

F i g

F i g

F i g

F i g .

F i g . RESUL T ADOSOBT ENI DOS: 1. Calcule la frecuencia en base a las medidas registradas en la tabla 1: Escriba Los resultados en la

misma tabla. 1.

f= f=

1 T 1 1 ×10−3

f =1000 KHz =1 Hz

2.

f= f=

1 T 1 −6

500 × 10

f =2000 Hz 3.

f= f=

1 T 1 300 × 10−6

f =3333.3 Hz 4.

f=

1 T

f=

1 250 × 10−6

f =4000 Hz 5.

f=

1 T

f=

1 −6 200 × 10

f =5000 Hz

CONCL USI ONES: Son los nuevos conocimientos que los estudiantes obtienen una vez desarrollada la práctica.

RECOMENDACI ONES: Se refiere a sugerencias dadas por el docente para el correcto desarrollo de la práctica.

REF ERENCI ASBI BL I OGRÁF I CASYDELAWEB:     

Circuitos Eléctricos – Colección Schaum. Tratado de Electricidad. – Chester Dawes (Tomo I). Electrotecnia General – Colección CEAC de Electricidad. Análisis Básico de Circuitos de Ingeniería.- D. Irwin. Circuitos Eléctricos.- Alexander. Sadiku

F I RMAS

F :…………………………………………. No mbr e :I ng . E. Mi s a e l Pa z mi ñoJ . DOCENTE

:……………………………………………. . F :…………………………………………. F No mbr e :I ng . Ma r i oP . J i mé n e zL COORDINADOR DE ÁREA DE CONOCIMIENTO

No mbr e :I n g. E. Mi s a e l Pa z mi ñ oJ JEFE DE LABORATORIO

DEP ARTRAMENT O

EL ÉCT RI CAYEL ECT RÓNI CA CARRERA

ASI GNAT URA:

CIRCUITOS ELÉCTRICOS I

DOCENT E:

Ing. Eutimio Misael Pazmiño Jiménez

PERI ODO L ECT I VO: NRC:

I NG. EL ECT ROMECÁNI CAY MECAT RÓNI CA Oct 2018 – Feb 2019

NI VEL :

3 7 6 7

PRÁCT I CAN° : 2

TERCERO

LABORAT ORI ODONDESEDESARROL LARÁLAPRÁCTI CA: Má q u i n a sEl é c t r i c a s T EMADELA PRÁCT I CA: No mbr e :

La Ley de Ohm: Circuitos.- Serie, Paralelo y Combinaciones.

Na d i aCo f r e

INTRODUCCIÓN: ENERGÍA ELÉCTRICA.- Se define a la energía como la capacidad para realizar un trabajo. Una fuente de tensión puede realizar trabajo, por lo tanto posee energía eléctrica. Un motor puede girar debido a la corriente eléctrica suministrada por una fuente de tensión (energía mecánica). Esta corriente sirve para que una lámpara produzca luz (energía luminosa); o para que un horno se caliente (energía térmica). En cada uno de estos tres ejemplos, la energía eléctrica ha sido transformada en otra forma de energía. ENERGÍA (W).- La variación en el tiempo de la energía consumida se llama potencia. La unidad de potencia es el vatio, por lo que la relación entre potencia y energía es: P= W / t; ya que la energía se mide por la cantidad de trabajo que puede ser realizado. Además la potencia eléctrica se expresa en función de la tensión y la corriente: P= V * I, también la potencia eléctrica se manifiesta en otras formas derivadas de la ley de Ohm como: 2

P=

V R

y

P=

I

2

*R

Como la corriente eléctrica circula por un resistor genera energía térmica en el mismo. Esta energía se evidencia por el calor desarrollado en el resistor la “potencia de disipación” de un resistor indica su capacidad para transferir calor a los alrededores del mismo. El resistor no es dañado si su potencia de disipación es mayor que la potencia generada en el resistor, por la corriente que circula a través del mismo.

OBJETIVOS:   

Verificar la relación entre la fuerza electromotriz (Voltios), la corriente (Amperios) y la resistencia (Ohmios) en un circuito, según lo expresa la Ley de Ohm. Manejar correcto de los instrumentos elementales de medidas eléctricas. Verificar los resultados obtenidos mediante el software multisim 12.0

EQUIPOS Y MATERIALES: 1 Fuente de energía de 0 - 30 Vcd. 1Amperímetro 0 – 0.1 / 1Acd. 2 Resistores de 1.5 KΩ 1 Resistor de 100 Ω 1 Resistor de 15 Ω 1 Resistor de 3.3 KΩ 1 Resistor de 8.2 KΩ

1 (Multímetro) 1 Tablero para conexiones. INSTRUCCIONES:   

Utilice ropa de protección: mandil, guantes, gafas, cabello recogido, zapato cerrado, etc. Verifique la disponibilidad de los equipos a usar en la práctica. Revise las características de funcionamiento de los equipos.

ACTIVIDADES POR DESARROLLAR: 1. Circuito Serie. 1.1. Conecte el circuito de la figura 1 con un resistor de resistencia nominal de 8.2 KΩ.

Figura 1

1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.

Energice la fuente de tensión, mida la tensión y corriente en el circuito y registre los resultados en la tabla 1. Desconecte la fuente de tensión Desconecte el amperímetro y reemplácelo por un cortocircuito. Mida la resistencia efectiva. Registre en la tabla 1 los resultados. Conecte el circuito de la figura 2.

Figura 2

1.7. Conecte resistores de resistencia nominal de 1.5 KΩ. Utilice un amperímetro (en el rango de 10 mA) en el circuito. 1.8. Energice la fuente de tensión, mida la corriente y la tensión en cada resistor. Registre los resultados en la tabla 1. 1.9. Desconecte la fuente de tensión 1.10. Desconecte el amperímetro y reemplácelo por un cortocircuito.

1.11. Mida la resistencia efectiva. Registre el resultado en la tabla 1 Magnitud. Medida. Resisten de figura

I

I*

V

V*

R*

R

P*

Medida

Calcu lada.

Medida

Calculada

Efectiva

Efectiva

Disipada

(V)

(V)

Calcula d

Medida

(W)

V1=80

80

R=400

400

P1=16

(mA)

(mA)

0.200

R1

0.2

Figura 1

‘ 0.14

R1-R2

0.125

V1=2.6

2.5

R=20.8

19.5

P1=0.3

V2=49. 9

50

199.6

200.8

P2=3.12

Figura 2

Tabla 1 * Debe ser calculado en “análisis de resultados “ 1.1. Conecte la resistencia R1 a R4 como se muestra en la figura 3.

Figura 3 1.2.

Mida la resistencia total del circuito (R T), la corriente en distintos puntos del circuito, la tensión en cada elemento.

2. Circuito Paralelo. 2.1. Conecte el circuito de la figura 4 con resistores de resistencia nominal de 1.5 KΩ.

Figura 4 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6.

Mida la corriente total y la corriente de cada uno de los resistores. Desconecte la fuente de tensión. Reemplace el amperímetro por un cortocircuito. Mida la resistencia total. Registre en la tabla 2. Arme el circuito de la figura 5.

Figura 5 2.7. Ajuste el multímetro en la función ohmetro y mida la resistencia en paralelo de las resistencias R1 y R2. 2.8. Conecte la resistencia R3 en el circuito en paralelo como se muestra en la figura 5. 2.9. Mida el flujo IT de corriente total en el circuito. 2.10. Mida la caída de voltaje a través de cada resistencia utilizando el multímetro. 3. Circuito Serie-Paralelo. 3.1. Conecte el circuito de la figura 6.

Figura 6

3.2. Energice la fuente de tensión, mida la tensión la corriente en cada uno de los resistores del circuito; registre los resultados en la tabla 3. 3.3. Mida la corriente total en el circuito y registre el valor de la tabla 3. 3.4. Desconecte la fuente de tensión. 3.5. Desconecte el amperímetro y reemplácelo por un cortocircuito. 3.6. Mida la resistencia efectiva, registre el resultado en la tabla 3.

Magnitud. Medida. Resisten de figura

I

I*

R*

R

P*

Medida

Calculada

Efectiva

Efectiva

Disipada

(mA)

(mA)

Calc.

Medido

(W)

R1

I1=20.88

0.29

0.68

0.6813

P1=27.2

I2=15.6

15.625

1.5

1.51

Figura 5.4 R2-R3

P 1=

15.66 Figura 5 I3=8.293

8.33

3.654

3.6 P2=10.47

Tabla 2 3.7. Conecte el circuito de la Fig. 7

Figura 7 3.8. Mida la resistencia total a través de las terminales A y D, usando la función ohmetro en el multímetro. Asegúrese de que el interruptor. S1 este en la posición abierto. 3.9. Ajuste la fuente de energía a 15 VCD, cierre el interruptor S1 y mida la corriente del circuito. 3.10. Mida los voltajes Vab, Vbc, Vcd. Usando la función Vcd. del multímetro.

RESULTADOS OBTENIDOS:

Datos medidos expresados a través de tablas, gráficas o ecuaciones. 1. Calcule la corriente en cada uno de los circuitos de las figuras 1 y 2, según los valores de los componentes y registre los resultados en la tabla 1.

Figura 1

I∗R=V V 80 =0.2 I= = R 400

V =0.2∗400 =800

R=

V 80 = =400 I 0.2

Figura 2

La intensidad de corriente en cada uno de los resistores

I1 =

100 V = =0.125 R 1+req 1 400 + 400

I2 =

100 V =0.25 = Req 1 400

La tensión en cada uno de los resistores

V =I 1∗R1=0.125∗400=50 V 2=I 2∗R2=0.25∗400=100 =V 3 Resistencia efectiva

I =I 1 =0.125 R=

100 V = =800 I 0.125

En la figura 2 se muestra que el circuito se encuentra en serie y paralelo, se evidencia que r2 y r3 tendrán el mismo voltaje y diferente corriente debido a que se encuentra en un circuito mixto, la resistencia equivalente total es menor a la resistencia de los componentes, ya que la conductancia de las resistencias en paralelo y la suma entre dos resistencias da como resultado la req 1, que con r1 da como resultado la resistencia equivalente. De esta manera varia la tensión en los extremos de un receptor y es diferente en base a la intensidad y voltaje del circuito.

Figura 3

I1 =

20 V = =0.2 =I 2= I 3= I 4 I 1 100

Tensiones en cada resistor

V =I 1∗R1=0.2∗100 =20 V 2=I 2∗R2=0.2∗100 =20

V 3=I 3∗R3 =0.2∗1500 =300=V 4 V =20+ 20+300+300=640

R=

V 20 =3200 = I 6.400

Figura 4

Las intensidades en cada uno de los resistores y la intensidad total

Req1=

V I= Req 1

I =I 1 + I 2=

1 1 1 + 1.2 1.6

=0.68

25 =36.405 mA 0.68

I1 =

25 V = =0.208 R 1 1.2

I2 =

V = 25 =0.156 R 2 1.6

La resistencia adquirida del circuito

R=

25 V = =0.686 I 36.405

La potencia encontrada en el ecircuito. 2

P= R∗I 2 P=0.686∗36.405 P=909.1

Figura 5.

Req1=

1 1 1 + 1.2 1.6

Intensidad total en el sistema.

I =I 1 + I 2+ I 3 =

30 30 + =18.2 3 3.65

Caída de tensión en cada uno de las resistencias