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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA

CURSO:

201423 –3 ANALISIS DE CIRCUITOS AC

PRESENTADO POR:

TUTOR VIRTUAL

PABLO ANDRES GUERRA GONZALEZ

[email protected]

ACTIVIDAD 6

PRACTICAS COLABORATIVO 1

GRUPO 0

Cartagena 18 oct. De 2012

mailto:[email protected]

RESUMEN

Según análisis previo del contenido temático de la práctica se demostraran argumentos sobre fasores, impedancias, reactancias inductivas y capacitivas ySe trataran de reunir datos detallados, esto con ayuda de algunos instrumentos de medición (generador de señales, osciloscopio, Multímetro digital, resistores, inductores y capacitores etc.). De igual manera, trataremos de aclarar conceptos aplicativos acerca de ángulo de fase y los fenómenos encontrados a lo largo de experimentos en señales sinusoidales.

INTRODUCCIÓN

En el desarrollo de esta actividad se verán reflejados procedimientos sobre circuitos R L y R C serie obteniendo datos de verificación con lasDiferentes fórmulas y ecuaciones, se manejaran datos de frecuencia y señales en diferentes experimentos propuestos de acuerdo a la guía deActividades, se comprobaran mediciones de potencias reales y aparentes con las cuales se obtendrá el factor de potencia.

OBJETIVOS

1. Verificar mediante experimentos que la impedancia, Z, de un circuito RL serie esta dada por la formula Z = RAIZ (R^2 + XL^2)

2. Estudiar la relación entre impedancia, resistencia, reactancia inductiva y ángulo de fase.

3. Medir el ángulo de fase θ entre el voltaje aplicado, V, y la corriente, I, en un circuito RL serie. 4. Verificar las relaciones entre el voltaje aplicado, V, el voltaje en R, VR, y el voltaje en L, VL.

5. Verificar que la impedancia, Z, de un circuito RC serie esta dada por la formula Z = RAIZ (R^2 + XC^2). 6. Estudiar las relaciones entre impedancias, resistencia, reactancia capacitiva y ángulo de fase.

7. Medir el ángulo de fase θ entre el voltaje aplicado, V, y la corriente, I, en un circuito RC serie.

8. Verificar las relaciones entre el voltaje aplicado, V, el voltaje en R, VR, y el voltaje en C, VC.

9. Diferenciar Potencia real de potencia aparente en circuitos AC.

10. Medir la potencia en un circuito AC.

BASE TEORICA

Circuito RL

En un circuito RL serie en corriente alterna, se tiene una resistencia y una bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma.

La tensión en la bobina está en fase con la corriente (corriente alterna) que pasa por ella. (Tienen sus valores máximos simultáneamente), pero el voltaje en la bobina está adelantado a la corriente que pasa por ella en 90º (la tensión tiene su valor máximo antes que la corriente)

Impedancia

Antes de entrar en tema, vamos a aclarar que todas las consideraciones que vamos a hacer, están referidas a corriente alterna (CA o AC) sinusoidal pura y los análisis están hechos luego del instante inicial de carga, donde ya no hay "picos". La impedancia es la resistencia que opone un componente PASIVO (resistencia, bobina, condensador) al paso de la corriente eléctrica alterna.

Vamos a decir que la impedancia (que es en realidad un número complejo y se representa con la letra Z) tiene 2 partes, una real (la resistencia) y otra imaginaria (la reactancia).

La impedancia de una resistencia, es el valor mismo de la resistencia

La impedancia de un inductor

La impedancia de un capacitor

En ambas, y (F es la frecuencia de trabajo en Hertz).

La impedancia se mide en Ohm.

http://www.electrowork.com.ar/ElectroTiger/Impedancia.htm

Resistencia

La resistencia eléctrica se define como la oposición que presenta un elemento al paso de la corriente; su unidad de medida es el Ohmio y se representa con el símbolo (Ω)

La resistencia es uno de los componentes imprescindibles en la construcción de cualquier equipo electrónico, ya que permite distribuir adecuadamente la tensión y corriente eléctrica a todos los puntos necesarios.

Matemáticamente se puede calcular mediante la ley de Ohm, en donde:

R=V/I

Donde: I es la corriente eléctrica y V la tensión existente en el elemento

Vesga Ferreira; J. C. (2010) Modulo, Introducción a la Ingeniería de Telecomunicaciones. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Bucaramanga.

Reactancia Inductiva (XL)

La reactancia inductiva es la oposición o resistencia que ofrecen al flujo de la corriente por un circuito eléctrico cerrado las bobinas o enrollados hechos con alambre de cobre, ampliamente utilizados en motores eléctricos, transformadores de tensión o voltaje y otros dispositivos. Esta reactancia representa una “carga inductiva” para el circuito de corriente alterna donde se encuentra conectada.

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_factor_potencia/ke_factor_potencia_1.htm

Angulo De Fase

La fracción de ciclo que ha transcurrido desde que una corriente o voltaje ha pasado por un determinado punto de referencia (generalmente en el comienzo o 0°) se denomina fase o ángulo de fase del voltaje o corriente. Más frecuentemente, los términos fase o diferencia de fase se usan para comparar dos o más voltajes. O corrientes alternados o voltajes y corrientes de la misma frecuencia, que pasan por sus puntos cero y máximo a diferentes valores de tiempo.

http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas22.html

PROCEDIMIENTO 1

Objetivos1. Verificar mediante experimentos que la impedancia, Z, de un circuito RL serie esta dada por la formula

2. Estudiar la relación entre impedancia, resistencia, reactancia inductiva y ángulo de fase.

MATERIAL NECESARIOInstrumentos Multímetro DigitalGenerador de funcionesResistores1 de 3.3 kΩ, ½ W, 5%Inductores1 de 47 mH1 de 100 mH

1. Mida los inductores de 47 mH y 100 mH para verificar sus valores. Registre los valores medidos en la tabla 1.2. Con el interruptor de alimentación del generador de funciones en la posición apagado, arme el circuito de la figura 1.

3. Encienda el generador de funciones y ajuste su salida con el osciloscopio a un valor de 5 Vp-p a una frecuencia de 5kHz. Anote este valor de entrada en la tabla 1, columna Vent.

4. Mida los valores de Vp-p en el resistor y el inductor. Recuerde usar el modo ADD y el botón INVERT del osciloscopio para medir en L1. Registre estos valores en la tabla 1.5. Con el voltaje medido en R1 y el valor de su resistencia, calcule y registre la corriente por el circuito en serie. Como el resistor y el inductor están en serie, esta corriente calculada para R1 es la misma para L1.

Corriente en el inductor 47 mhPara tener en cuenta

6. Con la caída de voltaje medida en el inductor y el valor de su corriente en serie, calcule y registre la reactancia inductiva en L1.

7. Con la ley de Ohm y la ecuación de reactancias en serie (tabla 2) obtenga la impedancia del circuito. Anote ambos valores en la tabla 1.

Impedancia del circuito

Impedancia del circuito R- XL3300-1476.6 = 1823.4

Reactancia inductiva

XL = w.LW = 2 π.f

W = 2 π.5000 Hz W = 3.1416 rad/segXL = 3.1416 rad/seg x 0.047 HXL = 1476.6 OHM

Angulo de face

Impedancia Z

Z = R / cos = 3300/cos2411= 3615.3 ohm

8. Remplace el inductor de 47mH por el de 100 mH medido en el paso 1.

Corriente en el inductor 100 mhPara tener en cuenta

Voltaje en el resistor

Voltaje en el inductor

Impedancia del circuito R- XL3300-3141.6 = 158.4


XL = w.LW = 2 π.fW = 2 π.5000 Hz W = 3.1416 rad/segXL = 3.1416 rad/seg x 0.1 HXL = 3141.6 OHM

Angulo de face

Impedancia Z

Z = R / cos = 3300/cos4359= 4556.3 ohm

9. Repita los pasos del 2 al 7; registre todos los valores en el renglón de 100 mH de la tabla 1.10. Examine la tabla 2. Con los valores de la impedancia (calculados a partir de VL/ IL) de la tabla 1, calcule el ángulo de fase Y la impedancia con las relaciones de ángulo de fase. Llene la tabla 2 para los circuitos con inductores de 47 mH Y 100 mH.11. En el espacio bajo la tabla 2 trace los diagramas fasoriales de impedancia de los circuitos respectivos. Si los lados del triángulo se dibujan a una escala determinada, los ángulos de impedancia serán más claros.

Tabla 1. Verificación de la fórmula de la impedancia para un circuito RL

Valor del inductor mH

VentVp-p

Voltaje en el resistorVR , Vp-p

Voltaje en el inductorVL , Vp-p

Corriente calculadaVR/RmA

Reactancia inductiva(calculada)VL/IL ,Ω

Impedancia del circuito (calculada), ley de OhmVT/IT ,Ω

Impedancia del circuito (calculada),

nominal medido

47 5v 4.56 2.04 1.38 1478.3 3623 3615.3

100 5v 3.62 3.44 1.09 3156 4587 4556.3

Tabla 2. Determinación del ángulo de fase y la impedancia

Valor del inductor mH Reactancia inductiva(de la tabla 1)Ω

tan = XL /R Angulo de fase , grados

Impedancia

nominal medido

47 46.3 1478.3 24.11 24.11 3615.3

100 101 3156 43.59 43.59 4556.1

PROCEDIMIENTO 2Objetivos1. Medir el ángulo de fase entre el voltaje aplicado, V, y la corriente, I, en un circuito RL serie.2. verificar que las relaciones entre el voltaje aplicado, V, el voltaje en R, VR, y el voltaje en L, VL, se describen por las formulas

MATERIAL NECESARIOInstrumentosOsciloscopio de doble trazaMultímetro DigitalGenerador de funcionesResistores (½ W, 5%)1 de 1 kΩ1 de 3.3 kΩInductores1 de 100 mH1. Mida con un óhmetro la resistencia de los resistores de 3.3 kΩ y 1 kΩ. Registre los valores en la tabla 3.2. Con el generador de funciones apagado, arme el circuito de la figura 2.

3. Encienda el generador de funciones y con el canal núm. 1 del osciloscopio ajuste su salida en 10Vpp a una frecuencia de 5kHz. Ajuste los controles del osciloscopio para que aparezca un ciclo completo que cubra la retícula en forma horizontal.4. Observe que la entrada del disparo se debe ajustar en el canal núm. 2. En un circuito en serie la corriente es la misma en todas partes. Así pues, en un circuito en serie la corriente del circuito se usará como punto de referencia, es decir 0° cuando se hagan mediciones y se tracen los diagramas fasoriales. La caída del voltaje en R1 es resultado de la corriente que fluye por el mismo.5. Ajuste los controles NIVEL (LEVEL) y PENDIENTE (SLOPE) del osciloscopio de modo que VR1llene la retícula con un ciclo completo. La mayoría de los osciloscopios tienen 10 divisiones de ancho y un ciclo completo ocurre en 360°. Si la pantalla tiene 10 divisiones, a cada división le corresponderán 36°.6. Con el selector de MODO (MODE) vertical puesto en DUAL-ALT mida el desfasamiento resultante entre la corriente del circuito (representada por la onda senoidal VR1) y el voltaje de entrada (Vent). Anote los resultados en la tabla 3, renglón de 3.3kΩ.7. Repita los pasos del 2 al 6 con el resistor de 1kΩ en lugar del de 3.3kΩ.

8. Mida la caída de voltaje en el resistor de 1kΩ (VR) y en el inductor (VL). Escriba estos valores en la tabla 4, renglón de 1kΩ. Apague el osciloscopio y el generador de funciones.9. Calcule la corriente por el circuito mediante la ley de Ohm con los valores medidos de VR y R. anote su respuesta en la tabla 4 para el resistor de 1kΩ.

10. Calcule la reactancia inductiva, XL, del inductor según la ley de Ohm para inductores con el valor medido de VL y el valor calculado de I. Registre su respuesta en la tabla 4.

11. Con el valor de XL calculado en el paso 10 y el valor medido de R, calcule el ángulo de fase

Escriba su respuesta en la tabla 4 para el resistor de 1kΩ.12. Repita los pasos de 8 al 11 para el resistor de 3.3 kΩ.13. Con los valores medidos de VR y VL para el resistor de 1 kΩ, calcule Vp-p según la fórmula de la raíz cuadrada

Registre su respuesta en la columna “Voltaje aplicado (calculado)” de la tabla 4.Repita los cálculos para VR y VL con el resistor de 3.3 kΩ. Anote su respuesta en la tabla 4.

Procedimiento 3.3kPara tener en cuenta




Angulo de face

Corriente calculada




Angulo de face

Voltaje aplicado calculado

14. En el espacio debajo de la tabla 4 trace los respectivos diagramas fasoriales para la impedancia y el voltaje en los circuitos de 3.3 kΩ y 1 kΩ.

Tabla 3. Uso del osciloscopio para hallar el ángulo de fase, , en un circuito RL en serie

Resistencia, R, Ω Ancho de la onda senoidal D, divisiones

Distancia entre puntos cero d, divisiones

Angulo de fase , grados

Valor

nomina

l

Valor

medido

100 101 10 10 43.6

Tabla 4. Relaciones entre el ángulo de fase, y el voltaje en un circuito RL en serie

Valor nominal del resistor,Ω

Voltaje aplicadoVpp, V

Voltaje en el resistorVR, Vpp

Voltaje en el inductorVL, Vpp

Corriente(calculada)I, mA

ReactanciaInductiva, XL,(calculada), Ω

Angulo de fase, (calculado con XL y R), grados

Voltaje aplicado (calculado), Vpp, V

3.3k 10 7.24 6.89 2.19 3141.5 43.6 9.994

1k 10 3.03 9.52 3.03 3141.5 72.34 9.99

PROCEDIMIENTO 3Objetivos1. Verificar que la impedancia, Z, de un circuito RC serie esta dada por la formula

. 2. Estudiar las relaciones entre impedancias, resistencia, reactancia capacitiva y ángulo de fase.MATERIAL NECESARIOInstrumentosMultímetro DigitalGenerador de funcionesResistores (½ W, 5%)1 de 2 kΩ, ½ W, 5%Capacitores1 de 0.033 μF1 de 0.1 μF

1. Con un analizador de capacitores/inductores o un medidor LCR mida los capacitores de 0.033 μF y 0.1 μF para verificar sus valores. Registre los valores medidos en la tabla 5.2. Con el interruptor del generador de funciones en la posición de apagado, arme el circuito de la figura 3.

3. Encienda el generador de funciones y con el osciloscopio ajuste su salida en un valor de 10 Vp-p a una frecuencia de 1kHz. Anote el valor de entrada en la columna Vent de la tabla 5.4. Mida los valores de Vpp en el resistor y el capacitor. Recuerde que para medir en C1 en el osciloscopio debe usar el modo ADD y el botón INVERT. Registre estos valores en la tabla 5.5. Con el voltaje medido en R1 y el valor de su resistencia, calcule y registre la corriente por el circuito en serie. Dado que el resistor y el capacitor están en serie, la corriente calculada para R1 es la misma que para C1.6. Calcule y registre el valor de la reactancia capacitiva de C1 mediante la fórmula

También calcule y registre, a partir de la caída de voltaje medida en el capacitor y de su corriente en serie, la reactancia capacitiva de C1.7. Después utilice la ley de Ohm y la ecuación de la reactancia en serie (tabla 5) para calcular la impedancia del circuito. Registre ambos valores en la tabla 5.8. Sustituya el capacitor de 0.033 μF, medido en el paso 1, por el de 0.1 μF.9. Repita los pasos del 3 al 7 y anote todos los valores en el renglón respectivo de 0.1 μF de la tabla 5.10. A partir de los valores de impedancia de la tabla 5 (calculados mediante Vc/Ic), calcule el ángulo de fase Y la impedancia con las relaciones del ángulo de fase. Llene la tabla 6 para los capacitores de 0.033 μF y 0.1 μF.11. En el espacio bajo la tabla 6 trace los diagramas fasoriales de impedancia para los circuitos respectivos. Si los lados de los triángulos se trazan a cierta escala, los ángulos de la impedancia serán más claros.

Procedimiento 3.1 (capacitor 0.033)


Corriente calculada

Reactancia capacitivaXc = 1/ 2 π.f.c

XC= 4822.8


Procedimiento 3.1 (capacitor 0.1)


Reactancia capacitivaXc = 1/ 2 π.f.c

XC= 1591.6


Tabla 5. Determinación de la impedancia en un circuito RC en serieValor del capacitor,

Valor del capacitor,μF

Vent,Vp - p

Voltaje en el resistorVRp - p

Voltaje en el capacitorVCp - p

Corriente calculadaVR/RmAp - p

Reactancia capacitiva (calculada)Xc , Ω

Reactancia capacitiva (calculada)Vc/Ic , Ω

Impedancia del circuito (calculada)Ley de OhmVT/IT , Ω

Impedancia del circuito (calculada)

nominal medido

033 0.032 10 3.83 9.238 1.91 mA 4822.8 4824.1 5221.9 55221.3

0.1 0.1 10 7.28 6.226 3.91mA 1591.6 1592.4 2557.5 2556.1

Tabla 6. Determinación del ángulo de fase y la impedancia en un circuito RC en serie

Valor del capacitorμF

Reactancia capacitiva(de la tabla 5)Ω

tan= XC /R Angulo de fase , grados

nominal medido

0.033 0.032 4822.8 67.477636853 67.48 5221.3

0.1 0.1 1591.6 38.51277424 38.52 2556.1

PROCEDIMIENTO 4Objetivos1. Medir el ángulo de fase entre el voltaje aplicado, V, y la corriente, I, en un circuito RC serie.2. verificar que las relaciones entre el voltaje aplicado, V, el voltaje en R, VR, y el voltaje en C, VC, se describen por las formulas

MATERIAL NECESARIOInstrumentosOsciloscopio de doble trazaMultímetro DigitalGenerador de funcionesResistores (½ W, 5%)1 de 1 kΩ1 de 6.8 kΩCapacitores1 de 0.033 μF1. Mida con un óhmetro la resistencia de los resistores de 1 kΩ y 6.8 kΩ. Anote los valores en la tabla 7.2. Con el generador de funciones apagado arme el circuito de la figura 4.

3. Encienda el generador de funciones y con el canal 1 del osciloscopio ajuste su salida en 10 Vpp a una frecuencia de 1kHz. Ajuste los controles del osciloscopio para desplegar un ciclo completo que ocupe la retícula en forma horizontal.4. Para la entrada de disparo debe seleccionarse el canal 2. En un circuito en serie la corriente es la misma en todo el circuito. Por tanto, en un circuito en serie la corriente se usará como línea de referencia o de base (0°) cuando se hagan las mediciones y se dibujen los diagramas fasoriales. La caída de voltaje en R1 se debe a la corriente que fluye por ella.5. Ajuste los controles de NIVEL (LEVEL) y PENDIENTE (SLOPE) del osciloscopio de modo que VR1 cubra la retícula con un ciclo completo. La mayoría de los osciloscopios tienen 10 divisiones horizontales y un ciclo completo ocurre en 360°. Si el despliegue se ajusta a 10 divisiones, en el osciloscopio habrá 36°/div.6. Con el selector de MODO (MODE) vertical puesto en DUAL-ALT, mida el desfasamiento que resulta entre la corriente del circuito (representada por la onda VR1) y el voltaje de entrada (Vent). Registre los resultados en la tabla 7, renglón 1 kΩ. Apague el osciloscopio y el generador de funciones.7. Repita los pasos del 2 al 6 con el resistor de 6.8 kΩ. No apague el generador de funciones.8. Mida la caída de voltaje en el resistor de 6.8 kΩ (VR) y en el capacitor (Vc). Registre estos valores en la tabla 8, renglón 6.8 kΩ. Apague el generador de funciones.9. Calcule la corriente en el circuito para cada valor de V mediante la ley de Ohm con los valores medidos de VR y R. Registre sus respuestas en la tabla 45-2 para el resistor de 6.8 kΩ.10. Calcule la reactancia capacitiva, XC del capacitor con la ley de Ohm para capacitores con el valor medido de VC y el valor calculado de I. Registre sus respuestas en la tabla 8 para el resistor de 6.8 kΩ.11. A partir de los valores calculados de XC en el paso 10 y el valor medido de R, calcule el ángulo de fase,, para cada valor de Vpp.

Anote sus respuestas en la tabla 8 para el resistor de 6.8 kΩ.12. Encienda el generador de funciones y ajuste la salida como en el paso 3. Repita los pasos del 8 al 11 para el resistor de 1 kΩ.

13. Con los valores medidos de VR y VC para el resistor de 1 kΩ, calcule la Vpp

con la fórmula de la raíz cuadrada Registre sus respuestas en la columna“Voltaje aplicado (calculado)” de la tabla 8. Repita el cálculo de VR y VC con el resistor de 6.8 kΩ y anote sus respuestas en la tabla 8.14. En el espacio bajo la tabla 8 trace los diagramas fasoriales de impedancia y voltaje para los circuitos de 1 kΩ y 6.8 kΩ.

Procedimiento 4Con resistor de 1 k y Capacitor de 0.033

Voltaje en el resistorVoltaje en el resistor

Reactancia capacitiva

Procedimiento Con resistor de 6.8 k y capacitor de 0.033Voltaje en el resistor

Voltaje en el resistorVoltaje en el resistor

Reactancia capacitiva

Tabla 7. Uso del osciloscopio para hallar el ángulo de fase, , en un circuito RC serie

Resistencia R, Ω CapacitanciaC, μF

D, cm Ancho de la onda senoidal, cm

Distancia entre puntos cero, cmAngulo de fase , grados

nominal medido

1k 998.6 0.033 10 10 78.29

6.8k 681 0.033 10 10 35.35

Tabla 8. Ángulo de fase, , y relaciones de voltaje en un circuito RC serie

Resistencia(valor nomina),Ωl

Capacitancia(valor nominal)C, μF

Voltaje aplicadoVp-p, V

Voltaje en el resistorVR, Vp-p

Voltaje en el capacitorVC Vp-p

Corriente (calculada)I, mA

Reactancia capacitiva (calculada)XC , Ω

Angulo de fase,

(calculado con XC y R), grados

Voltaje aplicado (calculado)Vp-p, V

1k 0.033 10 2.03 9.79 2.03 4822.8 78.29 9.9986.8k 0.033 10 8.15 5.78 1.19 4822.8 35.35 9.991

PROCEDIMIENTO 5Objetivos1. Diferenciar Potencia real de potencia aparente en circuitos AC2. Medir la potencia en un circuito ACMATERIAL NECESARIOInstrumentosOsciloscopio de doble trazaMultímetro DigitalAmperímetro de 0 – 25 mA o un segundo MMD con escalas de amperímetro de CAFuente de alimentaciónResistor (½ W, 5%)1 de 100 Ω, 5 WCapacitores1 de 5 μF o 4.7 μF, 100 V1 de 10 μF, 100 VOtrosInterruptor de un polo un tiroA. Medición de la potencia por el método de voltaje-corriente

A1. Con un óhmetro mida la resistencia del resistor de 100 Ω y anote el valor en la tabla 9.A2. Con S1 abierto, arme el circuito de la figura 5. Ponga la fuente en su voltaje de salida mínimo y el amperímetro de CA en la escala de 25 mA.

A3. Cierre S1. Aumente el voltaje de salida de la fuente hasta que VAB = 50 V. Mida el voltaje en el resistor, VR, y la corriente I. Registre los valores en la tabla 9 en el renglón de 5 μF. Abra S1 y desconecte el capacitor de 5 μF.A4. Calcule la potencia aparente, PA, la potencia real, P, el factor de potencia y el ángulo de fase del circuito. Utilice de manera adecuada los valores medidos de VAB, VR e I en sus cálculos. Registre las respuestas en la tabla 9 en el renglón 5 μF.A5. Con S1 abierto y la fuente en su voltaje de salida menor, conecte el capacitor de 10 μF. en serie con el resistor de 100 Ω.A6. Cierre S1. Incremente la salida de la fuente hasta que VAB = 25V. Mida VR e I y registre los valores en la tabla 9 en el renglón de 10 μF. Después de la última medición, abra S1.A7. Repita el paso A4 para el circuito en serie de 100 Ω / 10 μF. Registre sus respuestas en la tabla 9 en el renglón de 10 μF.B. Determinación del factor de potencia con un osciloscopioB1. Conecte el osciloscopio de doble traza al circuito RC en serie, como en la figura 6. La fuente debe estar en su voltaje de salida menor. El selector de disparo debe ponerse en EXT.

B2. Cierre S1. Aumente la salida de la fuente a 10V rms. El canal 1 es el de referencia de voltaje; encienda el osciloscopio. Ajuste sus controles de modo que una sola onda senoidal, de unas 6 divisiones de pico a pico, ocupe el ancho de la pantalla. Utilice los controles vertical y horizontal para centrar la onda en la pantalla.B3. Cambie al canal 2, que es el canal de corriente. Ajuste los controles de forma que una sola onda senoidal, de unas 4 divisiones de pico a pico, ocupe el ancho de la pantalla. Use el control vertical para centrar la onda de manera vertical. No utilice el control horizontal.B4. Ponga el osciloscopio en el modo de doble canal. Las señales de los canales 1 y 2 deben aparecer juntas. Observe donde las curvas cruzan el eje horizontal (x). Estos son Los puntos cero de las dos ondas senoidales. Con una escala en centímetros mida con precisión la distancia horizontal, d, entre los dos picos positivos o negativos de las ondas senoidales. Compruebe su medición midiendo la distancia entre los puntos cero correspondientes a las dos ondas (figura 6). Registre la medición en la tabla 10 en el renglón de 5 μF. También mida la distancia, D, de 0 a 360° de la onda senoidal de voltaje. Registre el valor en la tabla 10 para el resistor de 100 Ω. Apague el osciloscopio; abra S1; desconecte el capacitor de 5 μF.B5. Con la formula de la figura 7 calcule el ángulo de fase, entre voltaje y corriente en el circuito de la figura 6. Con el valor se, calcule el factor de potencia, FP, del circuito. Registre sus respuestas en la tabla 10.

B6. Reemplace el capacitor de 5 μF por uno de 10 μF en el circuito de la figura 6.

B7. Cierre S1. Repita los pasos del B3 al B5 para el capacitor de 10 μF. Después de la última medición, apague el osciloscopio, 5 μF, abra, S1 y desconecte el osciloscopio del circuito.B8. Repita el paso B5 para el circuito serie de 10 μF y 100 Ω.

Para el condensador de 5 uf

Vab 50v; I = 76 mA; VR = I*R = 76mA *100 = 7.6 v

Potencia aparente = S= V*I = 50V*76mA = 3.8va

Potencia promedio = P = I 2∗R=0.5776W

Tabla 9. Medición de potencia por el método de voltaje-corriente

ResistenciaR, Ω


Voltaje aplicadoVAC, V

Voltaje en el resistorVR, V

Corriente (MEDIDA)I, mA

Potencia aparentePA VA

Potencia real P, W

Factor de potencia FP

Angulo de fase, grados

Valor nominal

Valor medido

100 98 5 50 7.6 76 3.8va 0.5776 0.152 79.52

100 98 10 25 9.31 95 2.3 0.884 0.372 69.72

Tabla 10. Determinación del factor de potencia con osciloscopio

Resistencia(valor nominal)R, Ω


Distancia entre puntos cerod, cm

Ancho de la onda senoidalD, cm

Angulo de fase(calculado) , grados

Factor de potencia(calculado)FP, %

100 5 57.86° 0.53

100 10 32.82° 0.84

PROCEDIMIENTO 6Objetivos1. Verificar que la impedancia, Z, de un circuito RLC serie

MATERIAL NECESARIOInstrumentosMultímetro DigitalGenerador de funcionesResistor1 de 2 kΩ, ½ W, 5%Capacitor1 de 0.022 μFInductorInductor de 100 mH1. Con el generador de funciones apagado, arme el circuito de la figura 8a. Ajuste el generador en su voltaje de salida más bajo.

2. Encienda el generador de funciones. Aumente el voltaje de salida hasta que VAB = 10 Vpp. Mantenga este voltaje en todo el experimento. Verifíquelo de vez en cuando y ajústelo si es necesario.3. Mida el voltaje en el resistor, VR, y en el inductor, VL. Registre los valores en la tabla 11 para el circuito RL. Apague el generador.

4. Calcule la corriente en el circuito con el valor medido de VR y el valor nominal de R. Anote la respuesta en la tabla 11 para el circuito RL.5. Con el valor calculado de I y el valor medido de VL, calcule XL. Registre su respuesta en el renglón “RL” de la tabla 11.6. Calcule la impedancia total del circuito con dos métodos: la ley de Ohm (con el valor calculado de I y el voltaje aplicado, VAB) y la fórmula de la raíz cuadrada (con R y XL). Escriba sus respuestas en el renglón “RL” de la tabla 11.7. Añada un capacitor de 0.022 μF en serie con el resistor y el inductor, como en el circuito de la figura 8b.

8. Encienda el generador. Revise si VAB = 10 V. Mida el voltaje en el resistor, VR, en el inductor, VL, y en el capacitor, Vc. Registre los valores en el renglón “RLC” de la tabla 11. Después de realizar todas las mediciones, apague el generador de funciones.9. Calcule I y XL como en los pasos 4 y 5. De igual modo, con el valor medido de Vc y el valor calculado de I, obtenga la reactancia capacitiva del circuito. Anote la respuesta en el renglón “RLC” de la tabla 11.10. Calcule la impedancia, Z, del circuito con dos métodos: la ley de Ohm (mediante VAB e I) y la fórmula de la raíz cuadrada (con R, Xc y XL). Registre sus respuestas en el renglón “RLC” de la tabla 11.11. Retire el inductor del circuito y deje sólo el resistor en serie con el capacitor como en la figura 8c.

12. Encienda el generador de funciones. Revise VAB y ajústelo si es necesario. Mida VR y VC. anote los valores en el renglón “RC” de la tabla 11. Después de realizar todas las mediciones, apague el generador.13. A partir de los valores medidos de VR y VC y el valor nominal de R, calcule la corriente, I, en el circuito. Después, con el valor calculado de I, determine Xc. Registre sus respuestas en el renglón “RC” de la tabla 11.14. Calcule la impedancia total del circuito con dos métodos: la ley de Ohm (mediante VAB e I) y la fórmula de la raíz cuadrada (con R y Xc). Anote sus respuestas en el renglón “RC” de la tabla 11.

Tabla 11.Determinación de la impedancia de un circuito RLC serie

Circuito

Componente VoltajeaplicadoVAB, Vpp

Voltajeen elresistorVR, Vpp

Voltajeen elinductorVL, Vpp

Voltajeen elcapacitorVC, Vpp

CorrienteI, mA

Reactancia, Ω

Impedancia Z, Ω

IndXL

Cap.XC

Ley de Ohm

Fórmula de la raíz cuadrada

R,Ω

L,mH

C,μF

RL 2K 100 10 3.75 5.96 X 1.87 203

5

X 3.1

8

4143

ohm

RLC 2K 100 0.02

2

10 5.28 8.41 3.77 2.63 200

4

2021 3.1

9

4018

ohm

RC 2K X 0.02

2

10 5.74 X 4.10 2.87 X 0.03

6

x x

PROCEDIMIENTO 7Objetivos1. determinar la impedancia de un circuito que contiene una resistencia, R, en paralelo con una inductancia, L, en paralelo con una capacitancia, C.MATERIAL NECESARIOInstrumentosGenerador de funcionesOsciloscopioResistores1 de 2 kΩ, ½ W1 de 10 kΩ, ½ WCapacitor1 de 0.022 μFInductor

Inductor de 100 mH

1. Con el generador de funciones apagado y los interruptores de S1 a S3, abiertos, arme el circuito de la figura 9. El canal 2 del osciloscopio se conecta al resistor indicador. Midiendo la caída de voltaje en Rindic. Y según la ley de Ohm, la corriente en el circuito se puede calcular en forma indirecta.Voltaje

Aplicado

Voltaje en

Ridic

10Vpp 3,54V

2. Encienda el generador. Incremente el voltaje de salida, V, hasta V= 10 VPP A 5 kHz. Mantenga este voltaje en todo el experimento. De vez en cuando compruebe el voltaje y ajústelo si es necesario

3. 3. Cierre S1. Compruebe que V= 10 Vpp y ajuste si es necesario. Mida la corriente y el ángulo de fase. Como S2 y S3 están abiertos, la única corriente en el circuito es la del resistor, IR. Registre el valor en la tabla 12. Abra S1.

Voltaje

Aplicado

Voltaje en

R1

Corriente

Con s2 y S3

Angulo de

fase

10V 3,51 2,26mA -89,6°

Angulo de Fase= -89°

Angulo de fase= Tan-1 (3,52/ 2000) Angulo de Fase =

4. Cierre S2. Compruebe que V= 10 Vpp. Mida la corriente y el ángulo de fase. Puesto que S1 y S3 están abiertos, la única corriente en el circuito es la del inductor, IL. Anote su valor en la tabla 12. Abra S2.

VoltajeAplicado

V, Vpp.

Voltaje enL

CorrienteCon s1 y s3

Abiertos

10Vpp. 3,54V 1,11mA

5. Cierre S3. Compruebe V y ajuste si hace falta. Mida la corriente y el ángulo de fase. Dado que S1 y S2 están abiertos, la única corriente en el circuito es la de la rama del capacitor, IC. Escriba su valor en la tabla

Voltaje

Aplicado

Voltaje en

C

CorrienteCon s1 y s2

Angulo de

Fase

10Vpp. 3,53V 2,48

6. Cierre S1 (S3 sigue cerrado). Verifique que V= 10

VPP. Mida la corriente y el ángulo de fase del circuito. Con S1 y S3 cerrados y S2 abierto, la corriente en el circuito es la suma de IR e IC, o sea IRC. Registre el valor en la tabla 12. Abra S3.

Voltaje

Aplicado

Voltaje en

C1

Corriente

Con S2

Voltaje en

R1

10Vpp. 3,53V 2,47mA 3,53

7. Cierre S2 (S1 continúa cerrado). V = 10 Vpp. Mida la corriente del circuito. Con S1 y S2 cerrados y S3 abierto, la corriente en el circuito es la suma de IR más IL, es decir IRL. Anote el valor en la tabla

Voltaje

Aplicado

V, Vpp.

Voltaje en

C1

Corriente

Con S1,S2 y S3

Voltaje en

R1

10Vpp. 3,53V 1,36mA 3,53

8. Cierre S3. Ahora S1, S2 y S3 están cerrados.Compruebe V. Mida la corriente y el ángulo en el circuito. Dado que los interruptores de todas las ramas del circuito están cerrados, el amperímetro medirá la corriente total, IT, del circuito RLC en paralelo. Registre el valor en la tabla 6. Abra todos los interruptores y apague el generador de funciones

Voltaje

Aplicado

V, Vpp.

Voltaje

en

C1

Voltaje

en

R1

Voltaje

En

Li

CorrienteCon S1,S2 y S3

Cerrados

IRL

10Vpp. 3,53V 3,53 3,53 1,36mA

9. Calcule la corriente de línea, IT, con los valores medidos de IR, I L e IC y la formula de la raíz cuadrada. Escriba su respuesta en la tabla

10. Con el valor medido de V (debe ser de 10Vpp) y el valor medido de IT, calcule la impedancia del circuito e indique si éste es inductivo, capacitivo o resistivo. Registre sus respuestas en la tabla

11. Calcule el ángulo de fase y el factor de potencia en el circuito RLC en paralelo e indique si tiene un factor de potencia en adelanto o en retraso. Anote sus respuestas en la tabla

Voltaje

Aplicado

V, Vpp.

Voltaje en

C1

Angulo

de

Fase °

Factor de

Potencia

del circuito

10Vpp. 3,53V 36,72° 80%

Factor de potencia ___80_________% ¿En retraso/en adelanto? _adelanto________ Angulo de fase (grados) ____-89 grados________

CONCLUSIONES

Mediante el análisis de fasores y a través de la observación de los ángulos de fase en el osciloscopio, se pudo constatar que en un circuito inductivo la corriente se atrasa con respecto al voltaje, mientras que en uno capacitivo sucede lo contrario, es decir el voltaje se atrasa con respecto a la corriente. El desarrollo de los diferentes procedimientos permitió verificar el cumplimiento de las relaciones entre inductancia, reactancia inductiva, capacitancia, reactancia capacitiva y ángulos de fase, establecidas en el marco teórico del presente informe.Las diversas relaciones entre los conceptos aquí estudiados permiten diferentes maneras de hallar una misma cantidad desconocida, dependiendo de los datos o mediciones con que cuente el observador. A través de las diferentes prácticas se pudieron constatar las fórmulas para el cálculo de la impedancia, tanto en circuitos inductivos como capacitivos. Con la ayuda del osciloscopio y demás instrumentos de laboratorio, es posible medir la potencia real, aparente y reactiva en los circuitos inductivos y capacitivos

REFERENCIAS BIOGRÁFICAS

GUERRA ANDRES, Guía Componente Práctico Análisis de Circuitos AC, 201423, Valledupar 2012.

GUERRA ANDRES, Analisis de circuitos AC, módulo curso académioco, Valledupar; 2009.

Prácticas de Laboratorio para el curso de Analisis de Circuitos AC, Universidad Nacional Abierta y a Distancia.

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