• Author / Uploaded
• Rodrigo Porras

Citation preview

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

CURSO: ELECTROTECNIA INDUSTRIAL – PRACTICAS

PRACTICA N° : 04

ALUMNO: Rodrigo Mario Porras Zea DOCENTE : LUIS ADRIAN CHIRINOS APAZA

Arequipa-Perú 2016

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL LABORATORIO DE ELECTROTECNIA PRACTICA Nº 4 CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA 1.-OBJETIVO: Determinar la corriente de una red monofásica cuando opera en configuración serie y cuando los mismos componentes están configurados en paralelo, en ambos casos se toma como ángulo de referencia el de la fuente de tensión a 0˚. En ambos casos los elementos del circuito serán del tipo R-L -C. El manejo vectorial de todos los parámetros y su representación en el plano cartesiano es indispensable. 2.-FUNDAMENTO TEÓRICO: Desarrollar la teoría que permita la explicación de la forma de responder de los componentes R-L-C cuando están operando en configuración serie y cuando están operando en configuración paralelo y son alimentados por una señal de tensión estable en módulo y frecuencia (Corriente alterna) Explicación de la ecuación básica que los relaciona: Circuito con resistencia: Supongamos una resistencia óhmicamente pura (desprovista de autoinducción y de capacidad a la que se aplica una tensión alterna senoidal. Esta tensión originará por el circuito una corriente, también senoidal, totalmente en fase con la tensión aplicada y de su misma frecuencia. En la figura 6.5 se ha representado el circuito eléctrico (figura a), el diagrama vectorial formado por la tensión y la corriente (figura b) que se puede observar están en fase y, por último, las senoides de la tensión aplicada (o caída de tensión en la resistencia y la corriente que recorre el circuito (figura c).

Circuito con inductancia pura. Sea la bobina, supuestamente ideal, de la figura 6.6 a la que se aplica una tensión alterna senoidal. Ya dijimos que una bobina ideal retrasa 90º la corriente respecto de la

tensión aplicada (figuras b y c).

En este circuito la única "resistencia" que aparece es la reactancia inductiva, por lo que la corriente eficaz que circula por el circuito será:

La corriente instantánea que circula por el circuito es : i = Io sen (ώt – 90º) Circuito con condensador ideal:

Al conectar un condensador ideal (recordemos que es el que está totalmente desprovisto de resistencia) como el de la figura 6.7 a una fuente de tensión alterna, ocurre que a medida que la tensión va aumentando, el condensador se va cargando, y cuando aquella va disminuyendo, el condensador se va descargando. Todo esto ocurre con la misma rapidez con que cambia el sentido de la tensión aplicada.

Como consecuencia, se establece en el circuito una corriente alterna de la misma frecuencia que la de la tensión de alimentación. Teniendo en cuenta que el valor máximo de la tensión tiene lugar al cuarto de periodo (90º), -ver figura 6.7,c- y que la cantidad de electricidad -en culombios si C viene en Faradios y V en voltios- acumulada en cada armadura del condensador es tendremos que al cabo de los 90° la cantidad de electricidad acumulada será : Por tanto, el valor medio de la intensidad será: Pero como 1/T = f, tendremos que: Pasando a valores eficaces la corriente y la tensión tendremos que:

La corriente va 90º en adelanto respecto de la tensión, o lo que es lo mismo, la tensión va 90º en retraso respecto de la corriente. Los condensadores hacen lo contrario que las bobinas. La corriente instantánea circulante en el circuito es: Todo lo tratado se puede observar en la figura 6.7. Circuito con resistencia y autoinducción. Circuito R-L:

Sea el circuito de la figura 6.8,a constituido por una resistencia y una bobina. También se puede considerar este circuito formado por una bobina real; es decir, considerando la resistencia óhmica de la misma. (Desconsideramos la capacidad de la bobina por ser la frecuencia de la tensión aplicada pequeña) . Al aplicarle una tensión alterna senoidal, el circuito será recorrido por una corriente también alterna senoidal de la misma frecuencia.

Circuito con resistencia y capacitancia. Circuito R-C:

Circuito con resistencia inductancia y capacitancia. Circuito R-L-C:

Corrientes. Triángulo de corrientes: Antes vimos como la corriente queda retrasada un ángulo n con respecto de la tensión. Este valor queda descompuesto en dos componentes: una, otra, adelantada 90º respecto de de la resistencia; y, finalmente

en fase con la tensión,

una tercera, retrasada 90º respecto de la Ver figura 6.15.

3.-ELEMENTOS A UTILIZAR: -Voltímetro Amperímetro -Fuentes de alimentación de frecuencia variable -Resistencias de 80 Ω -Multímetro digital - Capacitancias de 20 µF -Elementos inductivos.

4.-PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: __

__ __

__ L+I I T = IC + I R

ZT = RR + RL + JX L − JX C

__

4.1. Registrar los datos de los componentes R-L-C que serán utilizados.

4.2. Utilizando una fuente de tensión sinusoidal de frecuencia estable (60 Hz), calibrada en 100 Vrms, alimentar al circuito configurado en serie. Registrando la tensión en cada componente y la tensón de alimentación, representar los resultados en el plano cartesiano. Para el caso de las bobinas tomar toda la información para determinar su impedancia. V AT VR VL Vc 100 0.12A 5 114.5 17.8 Valor Experimental 100 0.17 5.7 114 17.3 Valor Teórico 0.8 a 1.2 Error

Valor Experimental Valor Teórico Error

V 100

AT 2.27

AR 2.19

AL 0.08

AC 0.66

100

2.24

2.24

0.06

0.68

0.8 a 1.2

4.3. Manteniendo constante la tensión de la fuente de alimentación, alimentar al circuito que esta vez estará configurado en paralelo, registrando la intensidad de corriente en cada uno de los componentes y la corriente total que entrega la fuente, los resultados graficarlos en el plano cartesiano.

5. CUESTIONARIO 5.1 Describa y analice la operación del circuito R-L-C cuando está configurado en serie, aplicando la ley de tensiones de Kirchoff, comparar los resultados con los valores experimentales, justificando las discrepancias. La aplicación de la ley de las mallas de Kirchhoff para voltajes instantáneos, permite escribir:

V(t) = VR (t) + VL (t) + VC (t)

reemplazando los correspondientes voltajes instantáneos en cada uno de los elementos eléctricos, se obtiene:

𝑑𝑖(𝑡) 𝑑𝑡

V(t) = Ri(t) + L

+

1 ∫ 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 𝐶

la que al derivar respecto del tiempo y reordenar sus términos, conduce a la ecuación diferencial de segundo orden no homogénea:

𝑑²𝑖

𝑑𝑖

1

L𝑑𝑡² + R𝑑𝑡 + 𝐶 𝑖 =

𝑑𝑉 𝑑𝑡

Esta ecuación diferencial tiene la misma forma de la que rige el comportamiento mecánico de un oscilador armónico amortiguado (termino disipativo en d/dt ) y forzado ( segundo miembro función del tiempo).

Por consiguiente podemos obtener la solución I(t) para esta ecuación como suma de una solución homogénea (con segundo miembro nulo) y una solución particular (de forma sinusoidal o armónica). La solución homogénea se conoce como corriente transiente, mientras que la solución particular o forzada se conoce como corriente permanente.

5.2 Describa y analice la operación del circuito R-L-C cuando está configurado en paralelo, aplicando la ley de corrientes de Kirchoff, comparando los resultados con los obtenidos en 4.3, en caso de presentar incongruencias explique las razones. Según Kirchhoff: IT = IR + I L + IC Aplicando el método fasorial a este circuito, considerando como referencia el fasor voltaje, se obtiene el diagrama de corrientes y el diagrama de recíprocos de impedancias:

De los diagramas se puede inferir que:

1 Z

1

1

= √R² + (Xc −

1 )² XL

(El recíproco de la impedancia equivalente del circuito)

−1

ϕ = tan

1 1 − XL Xc ( ) 1 R

(La diferencia de fase entre el voltaje de la fem alterna y la corriente total en el circuito) I0 = √Iοr² + (Ioc + Ioɩ)² (La corriente total por el circuito en paralelo)

5.3 Analizar los circuitos ensayados cuando en la red hay presencia de armónicos de alta frecuencia.

En general, los armónicos son producidos por cargas no lineales, lo cual significa que su impedancia no es constante (está en función de la tensión). Estas cargas no lineales a pesar de ser alimentadas con una tensión sinusoidal absorben una intensidad no sinusoidal, pudiendo estar la corriente desfasada un ángulo “j” respecto a la tensión. Para simplificar se considera que las cargas no lineales se comportan como fuentes de intensidad que inyectan armónicos en la red. Las cargas armónicas no lineales más comunes son las que se encuentran en los receptores alimentados por electrónica de potencia tales como: variadores de velocidad, rectificadores, convertidores, etc. Otro tipo de cargas tales como: reactancias saturables, equipos de soldadura, hornos de arco, etc., también inyectan armónicos. El resto de las cargas tienen un comportamiento lineal y no generan armónicos inductancias, resistencias y condensadores. Existen dos categorías generadoras de armónicos: La primera es simplemente las cargas no lineales en las que la corriente que fluye por ellas no es proporcional a la tensión. Como resultado de esto, cuando se aplica una onda sinusoidal de una sola frecuencia, la corriente resultante no es de una sola frecuencia. Transformadores, reguladores y otros equipos conectados al sistema pueden presentar un comportamiento de carga no lineal y ciertos tipos de bancos de transformadores multifase conectados en estrella-estrella con cargas desbalanceadas o con problemas en su puesta a tierra. Diodos, elementos semiconductores y transformadores que se saturan son ejemplos de equipos generadores de armónicos, estos elementos se encuentran en muchos aparatos eléctricos modernos.

Invariablemente esta categoría de elementos generadores de armónicos, lo harán siempre que estén energizados con una tensión alterna. Estas son las fuentes originales de armónicos que se generan sobre el sistema de potencia. El segundo tipo de elementos que pueden generar armónicos son aquellos que tienen una impedancia dependiente de la frecuencia. 6. Observaciones y Conclusiones Al momento de armar el circuito, debemos tener el espacio suficiente para hacerlo organizadamente.   

Existen circuitos RC, RL Y RLC. Los vectores, en este caso, se llamarán fasores. La polaridad no importa cuando se tratan de fuentes de corriente alterna.

Debemos identificar la entrada y salida de cada instrumento de medición de corriente. Se presentaron dificultades al momento de calibrar las resistencias y los amperímetros. 7. Bibliografía   

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_RLC http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_circuitos_de_corriente_alterna #Circuito_serie_RL http://html.rincondelvago.com/circuitos-de-primer-y-segundo-orden_rc-rl-yrlc.html