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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA CIRCUITOS ELÉCTRICOS II

INFORME GRUPO: 05 DOCENTE: ING. CESAR PIO CASTILLO CACERES PRESENTADO POR: VENTURA CALLA KAREN GRIMANESA SEMESTRE PAR AREQUIPA-PERU 2020

SESION 2: VALORES CARACTERISTICOS DE LAS ONDAS SENOIDALES I. OBJETIVO: -

Analizar y determinar en forma experimental los valores medios y eficaces en un circuito de C.A. resistivo, con rectificador de media onda y con rectificador de onda completa. Conocer los instrumentos que miden estos valores (valor medio y valor eficaz). Verificar el valor de la frecuencia (60 Hz).

II MARCO EÓRICO: La Onda Senoidal

La onda senoidal es el tipo más común de señal alterna. El servicio de energía provisto por las compañías que generan electricidad está en forma senoidal. La siguiente figura muestra una señal senoidal.

Como se puede notar una señal senoidal alterna entre valores positivos y negativos. Si un voltaje senoidal es aplicado a un circuito resistivo, resulta una corriente senoidal. Cuando el voltaje cambia de polaridad, la corriente cambia de dirección. Vamos a examinar algunas características de la señal senoidal:

Periodo (T): se define como el tiempo que le toma a la señal completar un ciclo completo. Es siempre un valor fijo para una señal senoidal.

Frecuencia (f): es la inversa del periodo. Se mide en Hz. Un Hz equivale a un ciclo por segundo.

Valor pico (Vp): es el valor del voltaje o la corriente en el máximo positivo o negativo con respecto a cero.

Valor pico a pico (Vpp): es el valor de voltaje o de corriente entre los puntos máximo y mínimo. Es el doble del valor pico.

Valor rms: El término rms se refiere a "root-mean-square". En ocasiones también nos referimos a él como valor efectivo. Es igual al voltaje dc que produce la misma cantidad de calor en una resistencia que el voltaje senoidal. El valor pico de una señal senoidal puede ser convertido a rms usando la siguiente relación: Vrms =

0.707 Vp. Todos los instrumentos que miden alguna magnitud eléctrica de corriente alterna nos indican el valor eficaz de la onda de dicha magnitud.

Valor promedio: es el área bajo la curva dividido entre la distancia de la curva a lo largo del eje horizontal. También se le llama valor dc.

Valores promedios y efectivos de algunas ondas que se encuentran con frecuencia en las mediciones eléctricas

Medida de voltajes Generalmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Los voltajes pueden también medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Es muy importante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamos midiendo. El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la intensidad ó la potencia).

En la figura anterior se ha señalado el valor de pico Vp, el valor de pico a pico Vpp, normalmente el doble de Vp y el valor eficaz Vef ó VRMS (root-mean-square, es decir la raíz de la media de los valores instantáneos elevados al cuadrado) utilizada para calcular la potencia de la señal CA. Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla. Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. (recordar que una subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo que represente una división completa). Es importante que la señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el.

Algunos osciloscopios poseen en la pantalla un cursor que permite tomar las medidas de tensión sin contar el número de divisiones que ocupa la señal. Básicamente el cursor son dos líneas horizontales para la medida de voltajes y dos líneas verticales para la medida de tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla. La medida se visualiza de forma automática en la pantalla del osciloscopio. Medida de tiempo y frecuencia Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio. Esto incluye la medida de periodos, anchura de impulsos y tiempo de subida y bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, la medida de tiempos será más precisa si el tiempo objeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello actuaremos sobre el rango del tiempo. Si centramos la señal utilizando el mando de Move podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa.

II. ELEMENTOS A UTILIZAR: -

01 osciloscopio 01 Variac monofásico, generador de ondas, resistencias 01 voltímetro 01 multímetro conductores para conexiones III.ACTIVIDADES:

a) Armar el circuito de la figura adjunta

b) Calibrar el osciloscopio para ser usado como voltímetro, y luego

variando la tensión de salida del variac monofásico para diferentes magnitudes de tensión, entre 0 y 220 voltios. c) Variando la tensión del variac monofásico, medir la tensión en el

voltímetro y en el osciloscopio para un juego de 10 valores.

Nº V voltimetro

Vpico

Vpico-pico

Veficaz

Vmedio

Periodo

Frecuencia

1

10

14.1

28.2

9.99

0

16.6

60

2

40

56.4

112

39.9

0

16.6

60

3

60

84.7

169

59.8

0

16.6

60

4

80

112

225

79.9

0

16.6

60

5

100

141

282

99.8

0

16.6

60

6

120

169

338

119

0

16.6

60

7

140

197

395

139

0

16.6

60

8

160

225

451

159

0

16.6

60

9

180

254

508

179

0

16.6

60

10

220

310

621

219

0

16.6

60

j) Calibrar el osciloscopio para ser usado como voltímetro, y luego reemplazar el variac por un generador de ondas senoidales a unas diferentes frecuencias. Para diferentes magnitudes de tensión, es decir variando la tensión entre 0 y 10 voltios. k) Variando la frecuencia del generador, medir la tensión en el voltímetro y en el osciloscopio para un juego de 10 valores. Nº V voltimetro

Vpico

Vpico-pico

Veficaz

Vmedio

Periodo

Frecuencia

1

1

1.41

2.83

998

-6.18

15.1

66

2

2

2.82

5.65

2

-24.7

28.5

35

3

3

4.24

8.47

3

16.4

20

50

4

4

5.65

11.3

4

-24.7

15.1

66

5

5

7.06

14.1

4.99

54.7

188.1

55

6

6

8.47

16.9

5.99

65.1

22.2

35

7

6

9.87

19.7

6.99

-70.9

40

25

8

8

11.3

22.5

7.99

-98.8

28.5

35

9

9

12.7

25.4

8.98

-55.6

16.6

60

10

10

14.1

28.2

9.99

-56.6

17.6

57

j) Armar el siguiente circuito

3. Calcule teóricamente la caída de tensión en cada resistencia. Realice la

simulación.

Luego,

con

el

multímetro medir las tensiones en cada componente. Haga lo mismo con el osciloscopio, previo ajuste de sondas. Registre los valores en la tabla 1.1 Vrms(V)

VR1rms(V)

VR2rms(V)

VR2rms(V)

Valor teórico

220

58

40

123

Valor simulado

220

56

39

120

Valor medido con el multímetro

220

57.3

39.9

122.79

57

39

122

Valor medido con el osciloscopio 220

V CUESTIONARIO: 9. ¿Cuáles son los valores característicos de las ondas senoidales?

La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

10. ¿Qué es el valor eficaz de una onda y como se determina?

Se denomina valor eficaz al valor cuadrático medio de una magnitud eléctrica. El concepto de valor eficaz se utiliza especialmente para estudiar las formas de

onda periódicas, a pesar de ser aplicable a todas las formas de onda, constantes o no. En ocasiones se denomina con el extranjerismo RMS 11. ¿Qué es el valor medio de un onda y como se determina?

Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos los valores instantáneios de tensión ( o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo. En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con los negativos. Vm = 0

En cambio, durante medio periodo, el valor medio es

siendo V0 el valor máximo.

12. Explique las diferencias entre el valor medio y el valor eficaz.

VALOR MEDIO Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos los valores instantáneios de tensión ( o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo. VALOR EFICAZ Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia. Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (I0). Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre ella. 13. ¿Qué clase de instrumentos miden el valor eficaz, y cuales miden el valor

medio? El tipo de instrumentos adecuados para medir valores eficaces son los electromagnéticos de hierro móvil o los electrónicos denominados de “verdadero valor eficaz. Los instrumentos de bobina móvil y algunos de tipo electrónico con rectificador de entrada, miden en realidad el valor medio de la onda rectificada, aunque su escala puede estar graduada en valor eficaz 14. ¿Qué es una fuente rectificadora?

Es aquella fuente que transforma la corriente alterna en corriente continua por medio de bobinas y sobre todo diodos de potencia. Pueden ser de media onda o de onda completa dependiendo de la configuración de los diodos en su circuito interno. Se usa a menudo en circuitos electrónicos para usos en electrónica digital 15. ¿A que se denomina diodos de potencia y cual es su uso?

Componente electrónico ampliamente utilizado en la electrónica de potencia. A diferencia de los diodos de baja potencia estos se caracterizan por ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión en estado de conducción y en sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas. 16. Explique el principio de funcionamiento de un osciloscopio y sus principales

funciones

Los osciloscopios comprueban y muestran las señales de tensión como formas de onda y como representaciones visuales de la variación de tensión en función del tiempo. Las señales se representan en un gráfico, que muestra cómo cambia la señal. El eje vertical (Y) representa la medición de la tensión, y el eje horizontal (X) representa el tiempo. En el caso del muestreo, se basa en recoger los datos para la formación de la señal que se visualizará en la pantalla. Esta es la función primaria y la que aporta mayor cantidad de datos al momento de su uso. Con esta función el usuario estará en capacidad de recoger la mayor cantidad de información posible para el trabajo que está realizando. La segunda es la función de disparo. Esta se divide en tres alternativas y una de las más útiles es la de disparo único. A través de ella el usuario tendrá la capacidad de establecer una cierta cantidad de condiciones que deberán cumplirse en el circuito de estudio para que el osciloscopio produzca el disparo de forma automática.

17. ¿Cómo se realiza la medición de la onda de corriente con un osciloscopio?

Existen tres técnicas comunes para medir corriente usando un osciloscopio. La primera es usar una resistencia (a veces denominada una derivación de corriente) en serie y medir la corriente. La segunda es usar un transformador de corriente. La tercera es usar una sonda de corriente. La derivación de corriente: La derivación de corriente está diseñada generalmente en el circuito o dispositivo de prueba relacionados. La corriente se determina midiendo la caída de tensión a través de la resistencia de derivación conocida. Hay un compromiso de ingeniería entre la resistencia en serie de la derivación y la sensibilidad de la medición de la corriente. Transformador de corriente: La detección magnética de la corriente en un conductor es otra posibilidad. El sensor de base magnética más simple es el transformador de corriente Sondas de corriente: Las sondas de corriente están diseñadas para ofrecer una manera conveniente de medir la corriente. Pueden ser acopladas en CA, utilizando tecnología de transformador de corriente CA/CC o acoplado. En cualquier caso, incluyen una geometría de núcleo dividido que hace fácil encapsular al conductor que transporta corriente sin tener que desoldar.

18. Comparar las lecturas obtenidas por el osciloscopio y por el multímetro, encontrar

el error absoluto y explicar las causas que creen son motivo de las divergencias halladas entre éstas. Nº V voltimetro

VI.

Vpico-pico

Veficaz

Erro Abs

1

10

14.1

28.2

9.99

0.2

2

40

56.4

112

39.9

0.2

3

60

84.7

169

59.8

0.3

4

80

112

225

79.9

0.4

5

100

141

282

99.8

0.3

6

120

169

338

119

0.1

7

140

197

395

139

0.3

8

160

225

451

159

0.5

9

180

254

508

179

0.2

10

220

310

621

219

0.1

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: -

VII

Vpico

El multímetro digital nos da el valor eficaz de una función senoidal. Las relaciones entre los valores característicos de una onda senoidal están dadosprácticamente para su rápido cálculo. Los errores son minimos debido a que usamos la simulación y los valores son mas exactos. La señal de la corriente alterna es una senoidal que puede ser apreciada por un osciloscopio El osciloscopio es un dispositivo de funcionamiento electrónico que tiene la finalidad de registrar señales de comparación entre tiempo y tensión a través de un eje de coordenadas

BIBLIOGRAFIA: -

-

http://www.cifpn1.com/electronica/?p=4113 https://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficaz http://www.ifent.org/lecciones/cap08/cap0805.asp#:~:text=Se%20llama%20valor%20medio%20de,un%20cierto%2 0intervalo%20de%20tiempo.&text=siendo%20V0%20el%20valor%20 m%C3%A1ximo.&text=Es%20decir%2C%20se%20conoce%20el,corrie nte%20alterna%20(I0). https://www.ecured.cu/Diodos_de_potencia