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• Luis Moreta

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESIQIE

DIQI

PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N°5 CIRCUITOS RLC DE CORRIENTE ALTERNA

PRACTICA N°5 Circuitos RLC de Corriente Alterna

OBJETIVO GENERAL Al término de la práctica el alumno ubicara experimentalmente los circuitos eléctricos en serie, paralelo y mixtos, con dispositivos resistivos, inductivos y capacitivos, por lo cual es importante conocer el funcionamiento de los mismos y como se comportan, además medirá sus voltajes, valores de las resistencias e intensidades de corriente, tanto como de corriente alterna como de corriente directa. Manejar circuitos RC con corriente directa y circuitos RLC con corriente alterna, observando las interacciones de los dispositivos, también efectuara las mediciones correspondientes para obtener los valores experimentales y compararlos con los valores teóricos. MATERIAL EMPLEADO a) Una fuente de corriente directa regulada de 0-30Volts. b) 5 resistencias (10000 Ω, 2000Ω, 1000Ω, 650Ω, 500Ω, a ½ o ¼ de Watt) o equivalencias c) Una fuente de corriente alterna regulada de 0-127 Volts. d) Multímetro digital. e) Una tabla de perfocel de 40 x 40 cm f) 20 caimanes g) Un capacitor electrolítico de 1000 μF a 35 V de C.D. h) Un capacitor de 6μF a 350 V de C.A., y otro de 7μF a 35 V. i) 10 zapatas de baquelita con sus respectivos tornillos y tuercas. j) Un cautín de punta. k) Soldadura y pasta para sueldar.

DESARROLLO EXPERIMENTAL EXPERIMENTO 1 1.- Arme el circuito de figura 1 obtenga las mediciones de los parámetros resistivo en serie de corriente directa, anotando los valores obtenidos y realizando su cálculos respectivos.

Datos V= 9 Volts R1=1000Ω R3= 10000Ω RT=R1+R3 VR1=IT R1 Vr3=IT R3 Variables

Valor teórico

Valor experimental

% Error

IT VR1 VR3 Tabla 1 EXPERIMENTO 2 2.- Arme el circuito RC en paralelo de corriente directa de la figura 2, y note los valores en la tabla 2, realizando sus cálculos respectivos.

Datos: Vfuente= 9 Volts C1= 1000 μF R2= 2000Ω

IXC = IT – IR2 Variables

Valor teórico

Valor experimental

% Error

V IR2 IC1 Tabla 2 EXPERIMENTO 3 3.- Arme el circuito RL en serie de corriente alterna de la figura 3, anotando sus valores obtenidos en la tabla 3 realizando sus cálculos respectivos. Datos: E = 25 V R5= 560Ω Xl= 2πfL = WL XL=10Ω RT= R5 + X1

VR5= IR5 VXL= IXL Variables

Valor teórico

Valor experimental

% Error

IT VR5 VXL Tabla 3 EXPERIMENTO 4 4.- Arme el circuito RLC en paralelo de corriente alterna de la figura 4, anotando los valores obtenidos en la tabla 4, realizando sus cálculos respectivos.

Datos: E= 30V

R4 = 560Ω Xl = 2 πf L = WL XL =10 Ω C2= 60μF

Variables VR4 VXL VXC IT IR IXL IXC

Valores teóricos

Valores exp.

% Error

Tabla 4

CONSIDERACIONES TEORICAS Los circuitos de corriente alterna (C.A.) se usan en los sistemas de distribución de energía eléctrica, para alimentar radios, televisiones y otros dispositivos de comunicación, así como una amplia variedad de motores eléctricos. El calificativo alterna significa que la corriente cambia de dirección, alternando

periódicamente en una dirección y en otra. Por lo general se trabajan corrientes que varían en forma senoidal. Se sabe que tanto la fem como la corriente producida varían de modo sinusoidal en el tiempo por lo que se establece que existan valores de frecuencia angular de la fuente de fem de corriente alterna. Se dice que dos cantidades como corriente y diferencia de potencial, están en fase si alcanzan sus valores pico al mismo tiempo. Cuando se utilizan inductores se puede obtener una cantidad llamada reactancia del inductor, la unidad en el sistema internacional de la reactancia es el ohm, la reactancia de un elemento de circuito es una medida de su oposición al flujo de la corriente alterna, la reactancia interviene en un circuito de C.A. como la resistencia en C.D. La reactancia de un elemento proporciona la diferencia de potencial que se debe aplicar para producir la unidad de corriente a través del circuito a una frecuencia dada.

CIRCUITOS SERIE

RLC

EN

Estos circuitos consisten en un resistor, un inductor y un capacitor en serie con una fuente de corriente alterna, el problema es determinar la corriente instantánea y su relación de fase con la diferencia de potencial suministrada; la corriente instantánea es la misma en todos los puntos del circuito, en el instante descrito se supone que la corriente esta aumentando. Cada término de la suma de las diferencias del potencial de cada elemento tiene una fase distinta respecto a la corriente, por lo que se relacionan obteniendo la suma vectorial de los fasores de diferencia de potencial. Una vez obtenida la diferencia de potencial y con la corriente dada obtenemos la impedancia del circuito en serie, la cual es la resistencia media cuadrática, (calculada mediante un análisis vectorial utilizando el fasor de corriente y los fasores de la diferencia de potencial del resistor, capacitor e inductor) la unidad de la impedancia es el ohm, cabe destacar que la impedancia es una función de la frecuencia. En un circuito eléctrico la energía se suministra por la fuente de fem; almacenada por los elementos capacitivos e inductivos y se disipa en los elementos resistivos, la conservación de la energía requiere que en un tiempo en particular, la velocidad a la que se suministra la energía por la fuente de la fem

debe ser igual a la velocidad a la cual se almacene en los elementos capacitivos e inductivos mas la velocidad a la que se disipa en los elementos resistivos. La energía disipada en el resistor fluctúa con el tiempo, de igual modo que con los elementos capacitivos e inductivos, en la mayoría de los casos de corrientes alternas no merece atención la forma como varia la potencia en cada ciclo el interés principal esta en la potencia promedio disipada en cualquier ciclo en particular, la energía promedio almacenada en los elementos inductivos o capacitivos permanece constante durante cualquier ciclo completo, por lo que la energía se transfiere a los elementos resistivos donde se disipa.

CIRCUITOS RLC EN PARALELO Son circuitos que tienen dispositivos resistivos, capacitivos e inductivos conectados en paralelo, en estos es conveniente utilizar ω, si se proporciona la frecuencia ordinaria, es conveniente transformarla utilizando:

en el funcionamiento de los circuitos de C.A. se debe tener en cuenta que para un resistor los voltajes y la corriente siempre están en fase, y los fasores correspondientes en un diagrama de fase tienen la misma dirección. Para un inductor el voltaje esta adelantado de la corriente en 90° (Φ=90°), para un capacitor el voltaje esta atrasado en 90° (Φ=-90°). Es importante recordar que en los circuitos de corriente alterna, todos los voltajes y corrientes son funciones sinusoidales del tiempo, en lugar de constantes. Por lo tanto, en circuitos en serie, la corriente instantánea es la misma en todos los elementos del circuito, mientras que en circuitos en paralelo la diferencia de potencial instantánea es la misma a través de todos los elementos del circuito.

CUESTIONARIO 1.- Completar la tabla 5 para el circuito de la figura 8 que la acompaña, así como también realizar sus cálculos respectivos. Resistencias R(KΩ) I (mA) R1 30 R2 5 R3 15 R4 2 Tabla 5

2.- Completar la tabla 6 y obtener la tensión de la fuente. Resistencias R(KΩ) V (volts) I (mA) R1 22 7.5 R2 3.3 R3 2.5 R4 Tabla 6

P (W)

2.5

OBSERVACIONES ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ____________ CONCLUSIONES ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ __________________ BIBLIOGRAFIA JOHNSON DAVID, Análisis básico de circuitos eléctricos Ed. Prentice Hall, México 1991 Chester L. Dawes, Tratado de electricidad tomo I y II