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MEDICIONES DE CORRIENTE ALTERNA CON EL VOLTIMETRO Y OSCILOSCOPIO Cuestionario previo: 1. Definir la corriente continua y la corriente alterna, ejemplos. Corriente continua: Se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. En la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica). También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo. La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos.

Corriente alterna: (Abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación sinusoidal .Puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA Este tipo de producida por es la que se centrales corriente que viviendas es (enchufes).

corriente es los alternadores y genera en las eléctricas. La usamos en las corriente alterna

2. Explicar los conceptos de ciclo, frecuencia, periodo, de fase, referentes a una señal alterna senoidal.

ángulo

EL CICLO: Es la variación completa de la tensión o la corriente de cero a un valor máximo positivo y luego de nuevo a cero y de este a un valor máximo negativo y finalmente a cero.

FRECUENCIA: La frecuencia es el número de ciclos que se producen en un segundo. Su unidad es el Hertz (Hz) que equivale a un ciclo por segundo.se representa con la Letra F.

PERIODO: Es el tiempo necesario para realizar un ciclo. Se mide en segundos y se representa con la letra T.

FASE: La fase es un valor que representa el ángulo inicial de la señal y se mide en radianes o en grados. En el siguiente ejemplo vemos dos señales con distinta fase (desfasadas entre sí 1/2Π radianes o 90 grados).

3. Qué es el valor eficaz, de pico, y de pico a pico de una señal de corriente(o voltaje) de CA. Explique las relaciones entre estos parámetros. Valor eficaz (Vef): El valor eficaz se define como el valor de una corriente o tensión continua que produce los mismos efectos calóricos que su equivalente de alterna. Si la señal alterna tiene forma senoidal, el valor eficaz se calcula como:

V ef =

Vp

√2

Valor de pico (Vp):

Es el valor de cresta que alcanza la corriente alterna, puede ser positivo o negativo, también se le conoce como valor máximo (Vmax).

V p=V ef . √2 Valor pico a pico (Vpp): Es la diferencia entre la cresta que alcanza como máximo (valor máximo) y la mínima cresta. También es el doble del valor pico.

V pp=2 .V p

4. Indicar precauciones para el uso del voltímetro de CA. Para el uso correcto debemos de fijarnos que las puntas se encuentren colocadas en el lugar correcto, que son cable rojo en el terminal V/ y el negro en el terminal común COM. Luego de esto debemos colocar al polímero o tester en la opción de voltímetro para corriente alterna, no confundir con el de voltaje en continua ya que estaríamos haciendo una mala medición del voltaje.

-Hay que recordar también que este instrumento se coloca en paralelo con el componente que se desea medir (carga) -Al momento de la medición debemos seleccionar el rango más alto y luego ir disminuyéndolo hasta llegar a observar una buena lectura en la pantalla. -Hay que asegurarse de que tomamos con las manos las partes aisladas de las puntas y que en ningún caso se toca una parte metálica, pues esto afectaría a la lectura del voltaje, y podríamos hacernos daño.

5. Definir la sensibilidad de un voltímetro. Explique el efecto de carga de un voltímetro de CA. Como se evitaría la carga? SENSIBLIDAD: La sensibilidad de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala. El grado de sensibilidad se expresa de dos maneras, según se trate de un amperímetro o de un voltímetro. En el caso de un voltímetro, la sensibilidad se expresa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. Para que un voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resistencia. EFECTO DE CARGA: El problema fundamental asociado a toda medición es que toda medición perturba el sistema que se está midiendo. Este concepto aplicado a los equipos electrónicos se traduce en el denominado efecto de carga, que no es otra cosa que al medir con un equipo sobre un circuito, la presencia del equipo hace que el circuito ya no sea el mismo y por consiguiente, el resultado que se mide no responde exactamente a la situación original (circuito no conectado al equipo de medidas). Es por ello que debe conocerse la magnitud del error por carga ya que, de no ser así, se producirá una lectura incorrecta, añadiéndose un error adicional a la medida realizada. Para reducir los efectos de carga lo más recomendable es subir la escala de medida o cambiar de instrumento de medición. El efecto de carga se puede minimizar utilizando galvanómetros de alta sensibilidad, es decir, mecanismos cuya Im sea tan baja que la especificación ohmios/voltios del voltímetro 1⁄Im, sea muy alta. También se puede reducir el efecto de carga utilizando alcances más altos del voltímetro en vez de los más bajos, cuando sea posible la elección. 6. Describa el método para la medición de voltajes de pico, de pico a pico, y eficaz con el osciloscopio. Como primer paso vamos a medir el voltaje de pico, VP, y el de pico a pico, VPP, (Fig. 3) de la tensión del generador. Los voltajes se miden con ayuda del mando giratorio situado junto a la entrada de señal y está graduado en voltios/div.

Conectaremos el generador de señales sinusoidales por medio de un cable coaxial, que es un cable blindado, a una de las entradas del osciloscopio. Ajustando la base de tiempos a la frecuencia de la señal de entrada (girando adecuadamente el mando situado arriba a la derecha del osciloscopio que viene graduado en tiempo/div) conseguiremos que la señal se fije sobre la pantalla (se dice que la señal está sincronizada). Una vez sincronizada la señal obtendremos sobre la pantalla dibujada la sinusoide que corresponde a la tensión dada por el generador. A partir de las medidas de Vp o Vpp podemos calcular el Voltaje eficaz Vef como Veff =Vp/

√2

. Es el voltaje que

mediría un voltímetro colocado entre los conectores del generador. 7. Describa el método para la medición de la frecuencia con el ORC. Para medir la frecuencia en el osciloscopio primero debemos hallar el periodo ya que sabemos que la que la frecuencia es la inversa del periodo; Una vez que se tiene la señal en el osciloscopio, se centra dicha señal, y se cuentan los cuadrados, en forma horizontal, desde el origen de la señal hasta su fin (en un ciclo) y se procede a multiplicar dicha cantidad por lo que nos indique el selector de “base de tiempo” y con esto obtendremos el periodo, luego bastara aplicar la siguiente fórmula para calcular la frecuencia:

F=1/T

8. Describa de método de medición de diferencia de fase con el ORC. Para este método tomamos de referencia el eje central:

Numero de divisiones de un ciclo → 360 °

numero de divisiones desplazados desde el eje vertical → x ° Donde x°: ángulo de fase Resolviendo la regla de tres simple tendremos el ángulo de fase. Otro método para el cálculo de las frecuencias es mediante las figuras de Lissajous. Para ello debemos tener dos señales, por ejemplo:

V 1=V 1 m sin ( ωt +θ1 ) V 2=V 2 m sin ( ωt +θ2 )

La medida del desfase entre ambas señales

θ=θ 2−θ1

puede realizarse

mediante la función XY de un osciloscopio. Previa conexión de V1 y V2 a los bornes de entrada de los canales A y B, la función XY configura el osciloscopio de tal modo que en la pantalla se obtiene la gráfica V1 en función de V2. La gráfica V1 en función de V2 es una elipse, a partir de la cual puede medirse el desfase

θ

mediante la relación:

(¿ a / b) θ=sin−1 ¿ El valor de b se puede medir desplazando la posición horizontal (X-POS.) para poder ver mejor las tangentes con el eje vertical. Sin embargo, observar que para medir el valor de “a”, la elipse debe estar bien centrada ya que dicho valor queda determinado por los cortes con el eje vertical. Para centrar perfectamente la elipse podemos usar el conmutador GD. Si pulsamos dicho conmutador para los dos canales, equivale a desconectar las dos señales, con lo que observaremos un punto en la pantalla. Este punto lo centraremos con los mandos que nos permiten desplazar la señal de la pantalla (X-POS para el eje horizontal, e YPOS o POSITION para el eje vertical). A continuación volveremos a la posición inicial con lo que tendremos la elipse centrada. El cociente a/b determina el módulo de

θ ,y

su signo debe deducirse o bien por consideraciones físicas o bien por otras medidas distintas.

9. Explique, referente a la parte experimental, si diferencias entre los voltajes medidos y calculados.

existen

Siempre existirán diferencias ya que siempre van a estar presentes los errores sistemáticos, además del margen de error que llevan consigo las resistencias, y del efecto de carga de los instrumentos de medida, pero esta diferencia casi siempre es mínima y la mala manipulación de instrumentos, ya que la variación ocurre en los decimales. Se debe procurar que sean las mínimas posibles.

10. Habrá efecto de carga al medir voltajes con el ORC. Indique las ventajas y desventajas de utilizar un ORC con voltímetro de CA. Como todo instrumento de medida, el ORC, tiene una circuitería interna la cual nos proporcionara un efecto de carga al medir el voltaje en un

circuito, el cual es pequeño. Si existen efectos de carga pues existen resistencias internas. Las ventajas de usar al ORC como un voltímetro son:

 Las ventajas de usar al ORC como un voltímetro son: -Podemos obtener el valor de varias mediciones en la pantalla del ORC. -Se puede usar para ver las características del cualquier tipo de señal Senoidal, cuadrada o triangular. -Se puede observar la forma de la señal y la calidad de la misma. - Se puede hallar la relación de tiempo / división por ciclo de la señal. - Si el osciloscopio es digital, también se puede observar el voltaje eficaz y la frecuencia de la señal.

 Las desventajas de usar al ORC como un voltímetro son: -Solo aparece el voltaje máximo (a menos que el osciloscopio sea digital), para encontrar el voltaje eficaz se realiza una operación matemática. -Para hallar la frecuencia se invierte el valor obtenido en la marca de tiempo por división. -Se debe graduar bien el selector de ganancia vertical y de tiempo por división para evitar ver una señal con distorsión. -Se corre el riesgo que las puntas de prueba estén fallando y se observe una señal con ruido. 11. Considera Ud. Exacta la medición de la frecuencia mediante la medición del periodo. El valor de esta medición no la consideraría exacta, ya que en caso hayamos calculado nuestro periodo por el método de conteo y observación de los cuadraditos o divisiones en la pantalla del osciloscopio, lo más probable es que habremos cometido un error en la lectura puesto que no se podemos afirmar con un 100% de certeza que el valor calculado sea verdad, en ese caso estaríamos cayendo en un error por parte del estudiante, nuestra medición es más que todo aproximada. Ahora en caso el cálculo de la frecuencia haya sido calculado a partir del periodo que nos muestra el osciloscopio, diremos que ese valor podría ser un poco más factible, pero aun así también presenta un margen de error por parte del instrumento. 12. Cuando es conveniente emplear la frecuencia de la red como referencia para la medición de frecuencia mediante las figuras de lissajouss.

La condición para este método es que las dos señales sean senoidales puras y que la relación de frecuencia sea un número entero a fin de poder observar una figura estática en la pantalla del osciloscopio. Si la relación no es un número entero, la figura estará en permanente movimiento haciendo que la medición sea difícil. Igual ocurrirá si las dos frecuencias no son constantes haciendo que la figura se comience a mover. Las figuras de Lissajous resultan difíciles de interpretar cuando la relación de frecuencias es grande, porque las figuras resultan complicadas. En tales casos es necesario apelar a otros recursos. 13.

Conclusiones. 

 

Al terminar este previo informe nos hemos podido dar cuenta que para el cálculo de los parámetros de la corriente alterna, podemos hacer uso de diversos métodos como el conteo de los cuadraditos de la pantalla del osciloscopio, las figuras de Lissajous (para el caso de la frecuencia y ángulo de fase). El uso adecuado para la medicon del voltaje mediante el voltímetro para corriente alterna. Uso del generador de señales para la visualización de la corriente alterna

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