ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS

CONTENIDO

PRESENTACIÓN                                                                        4

MARCO TEORICO                                                                        5

UTILIZACION DE EQUIPOS DETERMINACION

DE VALORES MEDIOS Y EFICACES                                                11

CIRCUITO RC  - CIRCUITO RL                                                        14

MEDICION Y CORRECCION DEL FACTOR

DE POTENCIA EN UNA CARGA INDUCTIVA                                        18

RESONANCIA L-C SERIE-PARALELO                                                21

ESTUDIO DE UN CIRCUITO TRIFÁSICO                                        23

PRESENTACION

Al pasar los años el avance de la ingeniería y en especial de la ELECTRÓNICA es considerable, de los sistemas analógicos enormes y costosos basados en tubos de vacío a sistemas discretos, sofisticados y económicos basados en diminutos transistores. Es por ello que en los últimos años se emplean chips que funcionan como pequeñas computadoras llamados microcontroladores, especiales para gobernar procesos y tareas específicas. Estas microcomputadoras con otros componentes, como transmisores y receptores de RF y otros circuitos digitales o analógicos darán la solución a problemas que se presenten en la actualidad.

El presente módulo de laboratorio tiene como objetivo guiar al alumno en la comprobación de una manera práctica de la teoría impartida en clase.

El LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES agradece a los involucrados en el desarrollo del presente módulo y esta llano a recibir críticas sobre el presente trabajo para su posterior revisión y mejora.

Los Autores

MARCO TEORICO

1. Valores promedio y efectivo

A. Formas de Onda

En el análisis de circuitos básicos, sólo se estudian formas de ondas periódicas: funciones del tiempo tales que f(t)=f(t+nT), donde n es un entero y T es el periodo. Véanse los ejemplos en la figura 1.1:

[pic 4]

Figura 1.1

B. Valor promedio

La función periodica general en y(t), con periodo T(s), esta dado por:

[pic 5]

C. Valor efectivo

La potencia instantánea en una resistencia está dada por p(t) = i(t)2R. Se dice que la corriente periódica i(t) tiene el valor efectivo (o rms) Ief (o Irms). Esta dada por:

[pic 6] ó [pic 7]

1. Circuitos R - C

La amplitud del sinusoide es Vm que es el valor máximo que tiene la fución. La frecuencia n radianes, o frecuencia angular, es w, medida en radianes por segundo (rad/s).

[pic 8] [V]

La sinusoide es una función periódica, de periodo T en seg. que esta dado por

T=2π/w [Seg.] 

Su frecuencia f es inversamente proporcional al periodo, donde

[pic 9]  [Hz]

Una expresión sinusoidal más general está dada por:

V(t)=Vmsen(wt+Φ) :Φ es el ángulo de fase.

wt está expresado en radianes, Φ debe expresarse también en radianes. Estas denotaciones son válidas:

v=Vmsen(2t+π/4)        ó        v=Vmsen(2t+45º)

[pic 10]

de manera intercambiable, aun cuando la última expresión contiene una matemática formal.

Figura 2.1

Según la Fig. 2.1 podemos decir que Vmsen(wt+Φ) (punteada) se adelanta a Vmsenwt por Φ radianes (o grados). Nótese que una fase adelantada positiva (Φ>0) implica un desplazamiento a la izquierda de la gráfica de la función.

1. Corrección del Factor de Potencia

Denominamos factor de potencia al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura, etc.

Es aconsejable que en una instalación eléctrica el factor de potencia sea alto aprox.  0,8 o más. 

Corrimiento de fase entre tensión y corriente:

Las cargas reactivas puras, responsables de los consumos de potencias reactivas, tienen la propiedad de producir un desfasaje, entre la tensión alterna aplicada sobre ellas y la corriente que circula por ellas. (Véase las figuras 3.1 y 3.2)

[pic 11]

Fig. 3.1 Adelanto de Fase

[pic 12]

Fig. 3.2 Retardo de Fase

Energías y potencias activas, reactivas y aparentes:

A la potencia total, suma vectorial, se la denomina potencia parente.

[pic 13]

Figura 3.3: Diagrama vectorial de potencias

donde la potencia aparente se calcula como: [pic 14] 

Factor de potencia:

Por definición, el factor de potencia se define como el cociente entre:

[pic 15]

[pic 16]

1. Fuente de Energía Trifásica

Las tensiones trifásicas se generan de la misma manera  que las monofásicas. Un sistema trifásico está constituido por tres sistemas monofásicos desplazados en el tiempo de un cierto ángulo. A cada uno de los tres sistemas monofásicos se les denomina “FASE”, y así un generador trifásico está constituido por tres fases que tienen la misma amplitud para con un desfase entre sí de 120° eléctricos.

Conexión de un sistema trifásico:

a. Conexión estrella: Consiste en la unión de los tres terminales de cada una de las fases entre sí. La figura 4.1 muestra este tipo de conexión.

Al punto común de las tres fases se lo denomina “neutro” del sistema . Es inmediato que si se miden tensiones entre el borne 1 y el N tendremos la tensión de fase 1 y de la misma manera las tensiones de fase 2 y 3 . En cambio cuando se miden las tensiones entre los bornes 1-2 , 2-3 y 3-1 se tendrán las tensiones formadas por la unión de dos fases en serie entre sí . A esta tensión se le denomina “tensión de línea”.

[pic 17]

Figura 4.1

b. Conexión Triángulo: Consiste en la unión de las tres fases entre sí en serie aditiva. La figura 4.2 muestra este tipo de conexión.

[pic 18]

Figura 4.2

Medida de la potencia activa total:

En el caso de cargas balanceadas es suficiente medir la potencia de una sola fase con un vatímetro, can la que la potencia total será:

PT= 3Pf=3VL*IRL= 3 IR²R

En el caso de cargas desbalanceadas, para medir la potencia total hay que emplear tantos vatímetros como líneas menos una tenga el circuito.

1. Resonancia L-C

El circuito mostrado en la figura 5.1 muestra la resonancia en paralelo .Asi  la frecuencia de resonancia es:

[pic 19]

Figura 5.1

[pic 20]

La  combinación en paralelo de L y C actúa como un circuito abierto en la frecuencia de resonancia, ya que la reactancia inductiva se iguala a la reactancia capacitiva.

PRACTICA DE LABORATORIO I:[pic 21]

UTILIZACION DE EQUIPOS

DETERMINACION DE VALORES

MEDIOS Y EFICACES

OBJETIVOS

• Utilizar los equipos de laboratorio de electrónica como son: multímetro, osciloscopio, generador de funciones, de la forma más adecuada.
• Verificar experimentalmente los valores eficaces y medios para diversas formas de ondas de tensión periodicas, explicando su significado y su relación con el valor máximo y su periodo.

MATERIALES Y EQUIPOS

1. Un multímetro
2. Un osciloscopio
3. Un generador de funciones
4. Cables de Conexión de osciloscopio: total 3

PROCEDIMIENTO

1. Empleando el generador de funciones, obtenga su salida de la forma de onda de tensión mostradas (senoidal, triangular y cuadrada especificadas por el profesor).

• Amplitud: 10 voltios pico a pico
• Valor DC : 0 voltios

[pic 22]

Figura 1 – Representación del generador de funciones

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