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ÍNDICE

INSTRUMENTOS DE RELACIÓN.........................................................2

1.- DIVISOR DE TENSIÓN Y DE CORRIENTE............................3

1.1.- DIVISOR DE TENSIÓN:.................................................................................3a.-¿Qué es un Divisor de Tensión?...............................................................................................3b.-Circuito Divisor de Tensión........................................................................................................3

1.2.- DIVISOR DE CORRIENTE:............................................................................4

2.- Transformadores de medida....................................................62.1.-TRANSFORMADOR DE TENSION...............................................................6

2.2.-TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD.....................................................10

3.-RECTIFICADORES DE MEDIDA:.................................................14

3.1.-RECTIFICADORES ESTATICOS:................................................................15

3.2.-RECTIFICADORES ACTIVOS:.....................................................................18

4.-CONVERTIDOR AC/DC......................................................................20

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INSTRUMENTOS DE RELACIÓN

La finalidad de los instrumentos de relación es poder obtener un rango de medición asequible a nuestros instrumentos de medición.

Aparte de hacer una relación entre una magnitud y otra se requiere producir un aislamiento galvánico entre el circuito a medir y el circuito de medida en los Transformadores para incrementar la seguridad de un dispositivo al no haber contacto directo con la tensión de la red eléctrica.

¿Cuáles son las ventajas del aislamiento galvánico?

El aislamiento galvánico permite proteger a las personas y a los bienes aislándonos de los riesgos y permitiendo el uso de un disyuntor de 30 mA.

Transformadores para incrementar la seguridad de un dispositivo al no haber contacto directo con la tensión de la red eléctrica.

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1.- DIVISOR DE TENSIÓN Y DE CORRIENTE

1.1.- DIVISOR DE TENSIÓN:

a.-¿Qué es un Divisor de Tensión?

Es un circuito que divide la tensión de entrada en otras dos o más impedancias, pero estas tensión tendrán un valor menor a la tensión de generación en la entrada del circuito.En electrónica y electricidad se usa para alimentar (proporcionar tensión de alimentación) a un aparato, con una tensión más pequeña que la que proporcionan las pilas o baterías disponibles.Imagina que queremos alimentar una bombilla a 6V y solo disponemos de una pila de 10V. ¿Qué haremos?. Pues la respuesta es muy sencilla: Un divisor de tensión, que permita aplicar una tensión de 6V.

  b.-Circuito Divisor de Tensión

El circuito es muy sencillo, solo necesitamos 2 resistencias y conectarlas en serie como en el siguiente circuito, y podremos calcular la tensión en cada una de las resistencias o impedancias, y se podrá observar que la suma de las tensiones en R1 Y R2 serán igual a la tensión de entrada

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1.2.- DIVISOR DE CORRIENTE:

Al poner dos resistencias en paralelo y suministrarle un voltaje determinado se crea una corriente total la cual pasa por el circuito, al estar las resistencias en paralelo esta corriente se divide, una parte de la corriente pasa por la resistencia 1 y la otra parte pasa por la resistencia 2, llegándose a juntar otra vez al final del circuito. Para saber la magnitud de la corriente que pasa por cada resistencia se ocupa la división de corriente.

Primero se calcula el valor total de las resistencias, las resistencias están en paralelo por lo tanto se ocupa la siguiente fórmula para calcular la resistencia total.

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RT = (R1*R2)/(R1+R2).

Despues se calcula la corriente total.

IT = V/RT

Donde V es el voltaje total que se le proporciona al circuito.

Para calcular el valor de la corriente que pasa en cada una de las resistencias se tiene la fórmula de división de corriente.

Para la Corriente que pasa a través de la resistencia 1.

I1= IT(R2/(R1+R2))

Para la corriente que pasa por la resistencia 2.

I2= IT(R1/(R1+R2))

La suma de ambas corrientes debe ser igual a la corriente total.

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2.- Transformadores de medida .

Los transformadores de medida son aparatos especiales destinados a alimentar instrumentos de medida como contadores, relés, amperímetros, voltímetros y aparatos similares. Se dividen en Transformadores de Corriente, comúnmente llamados TA,TC, en los cuales, la corriente secundaria es prácticamente proporcional a la corriente primaria, y en Transformadores de Tensión, comúnmente llamados TV, TT, en los cuales la tensión secundaria es prácticamente proporcional a la tensión primaria con todas las ventajas que conlleva.

Estos transformadores permiten separar circuitos adoptando al mismo tiempo las magnitudes de la red a la de los instrumentos que generalmente están normalizados en unos valores de 5 A para los amperímetros y 110 V para los voltímetros.

Los transformadores de medida deben garantizar el aislamiento necesario para la seguridad del personal, además deben reproducir con la mayor precisión las magnitudes primarias de acuerdo con la relación de transformación correspondiente, para no dar errores en las medidas efectuadas con los aparatos. Las características que definen un transformador de medida vienes recogidas en la norma UNE 21088.

En el funcionamiento ideal, la relación que liga las variables del primario como del secundario es:

Transformador de tensión:

VPVS

= NPNS

=Kv

Transformador de corriente:

IPIS

= NSNP

=Ki

2.1.-TRANSFORMADOR DE TENSION.

A diferencia con los transformadores de potencia, debido a la alta impedancia de la carga conectada, el transformador de tensión funciona casi en vacío y de esta forma la caída de tensión interna es muy pequeña. El transformador de tensión debe proporcionar una tensión en el secundario proporcional a la tensión primaria.

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Idealmente conviene que se cumpla:

V 1V 2

=Kv

V 2=V 1Kv

V1: Voltaje en el primario.

V2: voltaje en el secundario.

Si se tiene en cuenta, la tensión primaria, la tensión secundaria referida al primario y la corriente de carga:

De acuerdo con la ecuación anterior deben procurarse que las caídas de tensión sean lo más mínimas posibles. Por ello los transformadores de tensión deben presentar una reactancia pequeña y una corriente de carga reducida, lo cual obliga a diseñar el sistema con poco flujo de dispersión y un circuito magnético que necesite una pequeña corriente de vacío.

Las tensiones primarias de los transformadores de tensión están normalizadas en los valores asignados siguientes.

110 220 385 440 2200 3300 5500 6600 1100013200 16500 22000 27500 33000 44000 55000 66000 110000

La tensión secundaria asignada está normalizada en 110 V.

Los transformadores de tensión se definen según su carga asignada en VA, denominada también potencia de precisión, que es la máxima carga que puede conectarse a su secundario. Para que el error de medida este comprendido dentro de los márgenes indicados por el constructor. Los valores normales de la potencia de precisión para un factor de potencia de 0.8 son:

100 VA 150VA 200VA 300 VA 400 500 VA

En necesario hablar de los errores en los transformadores de tensión:

Error de relación o de tensión:

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Que indica la desviación porcentual de la tensión realmente existente en el secundario V2, con respecto a la que debería de existir si el transformador fuera ideal es decir:

Error de fase o de ángulo:

Que es la diferencia de fase existente entre los vectores de la tensión primaria V1 y secundariaV2 con respecto a la que debería existir si el transformador fuera ideal y se mide en minutos.

Este error tiene importancia cuando se trata de medir la energía ejemplo:

En el caso de que el secundario de un transformador de tensión alimente la bobina voltimetrica de un vatímetro o contador, entonces en este caso se alteraría el valor real del ángulo formado por V1 e I1.

De acuerdo con los errores anteriores se disponen en la práctica de las siguientes clases de precisión 0,1 0,2 0,5 1 y 3 que indican el error

máximo de permitido cuando el transformador se carga con su potencia asignada.

DIAGRAMA DE CONEXIÓN UN TRANSFORMADOR DE TENSION:

Ilustración 1: Transformador de tensión alimentando un voltímetro.

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Ilustración 2: Transformador de tensión

En esta tabla se indican los valores de los consumos en VA de los aparatos de medida más frecuentes que se pueden conectar a un transformador de tensión.

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Algo que recordar…

En el transformador de tensión interesa que los errores en la relación de transformación y los errores de ángulo entre tensión primaria y secundaria se mantengan dentro de ciertos límites. Esto se obtiene sobredimensionando tanto el núcleo magnético como la sección de los conductores de los enrollados.

La magnitud de los errores depende de la característica de la carga secundaria que se conecta al transformador de potencial.

Para su clasificación desde el punto de vista de la precisión (error máximo en la relación de transformación) las diversas normas sobre transformador de potencial exigen que los errores se mantengan dentro de ciertos valores para determinadas características de la carga.

2.2.-TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD.

Tienen por objetivo reducir la corriente de la red a valores más apropiados a escalas de los instrumentos 5 A en general o a veces a 1 A a plena escala. Se conecta en serie con la línea, en el secundario se conectan en serie los amperímetros y bobinas amperimetricas de los aparatos de medida. Debido a la baja impedancia de estos aparatos los transformadores dede intensidad trabajan prácticamente a corto circuito, por ello se emplean bajas inducciones en el núcleo menor a unos 0.3 Teslas

Idealmente se debe cumplir que:

I1=I’2+Io

I 1=Ki∗I 2

I’2= corriente secundaria referida al primario.

Io = corriente de vacío

Para que se cumpla la relaciona anterior es necesario que el circuito magnético este muy bien diseñado para hacer despreciable Io frente a I1 o I’2. Sin embargo en este tipo de transformadores es interesante observar que no influyen en la medida los posibles flujos de dispersión.

¿Por qué debe evitarse dejar en circuito abierto un transformador de intensidad?

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En los transformadores de intensidad la f.m.m. primaria esta contrarrestada por la f.m.m. secundaria; si por cualquier circunstancia se abriera este ultimo circuito, de acuerdo con la ecuación:

I1=I’2+Io

Se tendría que: I1=Io; es decir, toda la f.m.m. del primario se convertiría en f.m.m. de excitación la cual no ha variado porque I1 es una corriente que depende de la red, y esto hace crecer peligrosamente el flujo, lo cual lleva consigo un aumento en las perdidas en el hierro y en las tensiones del secundario peligrando la vida de los aislantes y la seguridad del personal.

Si se desea cambiar una carga, se debe tomar en cuenta que:

Se interrumpe el servicio de la línea para proceder con el cambio necesario.

Se puede realizar la operación sin desconectar la red, si previamente se cortocircuita el secundario del transformador de intensidad.

Los transformadores de intensidad están normalizados en los valores asignados siguientes:

5,

La corriente secundaria asignada esta normalizasa en 5 A y tambien se utiliza la escala de 1 A.los transforadores de intensidad de manera analoga a los de tension se definen según ea el valor de su potencia asiganda en VA, existen :

10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300 y 400 VA, que es la maxima craga que puede conectarse asu secundario para que el error de la medida este comprendido en los valores indicados por el fabricante.

Error de relación:

Que indica la desviación porcentual de la corriente reamente existente en el secundario con respecto a la que debería existir si el transformador fuera ideal es decir:

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Error de fase.

Es la diferencia de fase existente entre los vectores I1 e I2 y se expresa en minutos.

Las clases de precisión son idénticas a las expresadas en los transformadoras de tensión.

DIAGRAMA DE CONEXIÓN UN TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD.

Ilustración 3: Transformador de intensidad.

En la siguiente tabla se muestra algunos aparatos que se conectan al secundario de un transformador de intensidad.

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Algo que debemos recordar…

Los errores en un transformador de corriente son debidos a la energía necesaria para producir el flujo en el núcleo que induce la tensión en el devanado secundario que suministra la corriente a través del circuito secundario. Los amperevueltas totales disponibles para proporcionar la corriente al secundario son iguales a los amperevueltas del primario menos los amperevueltas para producir el flujo del núcleo.

Un cambio en la carga secundaria altera el flujo requerido en el núcleo y varía los amperevueltas de excitación del núcleo; el flujo de dispersión en el núcleo cambia las características magnéticas del mismo y afecta a los amperevueltas de excitación.

En la práctica los transformadores de corriente y de tensión se encuentran combinados en las instalaciones para medir: intensidad, tensión, potencia, energía etc. A continuación se muestra una disposición típica (se ha elegido una red monofásica para dar mayor sencillez al esquema). Se observa que las bobinas amperimetricas están conectadas en serie, mientras que las voltimetricas están conectadas en paralelo.

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Ilustración 4:Transformador de intensidad y de tensión en un equipo de medida.

En las instalaciones eléctricas existen también transformadores de intensidad y de tensión que se emplean para alimentar aparatos de protección automática (relés) de los diversos equipos del sistema: generadores, transformadores etc.

3.-RECTIFICADORES DE MEDIDA:

Los rectificadores de medida son elementos asociados a instrumentos de medida, generalmente galvanométricos y de corriente continua capaces de manipular una intensidad alterna de manera que permita su circulación al instrumento de medida. Generalmente los procesos de rectificación o bien eliminan la semionda negativa (o positiva ) o bien hacen que una de las dos invierta su sentido de circulación de manera que , en cualquier caso, por la rama del circuito a rectificar circule una intensidad, o esté sometida a una tensión siempre del mismo signo. En ocasiones especiales, concretamente en rectificadores dinámicos, los procesos de eliminación o inversión, bien que periódicos, no son necesariamente coincidentes con semiondas positivas o negativas

La finalidad principal de este tipo de elementos consiste en permitir el uso de instrumentos de corriente continua, tanto de cuadro móvil con conversores

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analógico-digitales, los cuales pueden proporcionar una mayor precisión y, sobre todo, una mayor sensibilidad.

Atendiendo a la manera de realizar la función consideraremos dos tipos de rectificadores en sistemas de medida: los estáticos y los dinámicos.

3.1.-RECTIFICADORES ESTATICOS:

Se basan en la utilización de semiconductores, generalmente diodos, que intrínsecamente tienen diferente comportamiento a solicitaciones positivas o negativas.

La curva característica de un diodo se muestra en la figura.

En los diodos de silicio, esta característica se puede expresar de forma aproximada por una función exponencial del tipo:

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El valor máximo de la tensión inversa, es decir de los valores negativos de u, viene determinado por la capacidad dieléctrica de la barrera de potencial de la unión PN, y puede ser del orden de los 500- 700 V, mientras que el valor máximo de la intensidad directa dependerá de la capacidad de disipación térmica, constructivamente muy variable, lo que puede proporcionar ente 0,5 A y algunos centenares de amperios.

La mayor ventaja de estos elementos estriba en su sencillez y economía, y su mayor inconveniente deriva de la relativamente caída de tensión directa, aun para valores pequeños de intensidad.

Una aproximación al comportamiento de estos diodos, que es suficiente en la mayoría de las aplicaciones, consiste en un dipolo constituido por un rectificador ideal en serie con un generador ideal de tensión del orden de 0,5V, y ambos a su vez en serie con una resistencia de 1 0 2 ohmios.

Asociando un par de diodos a un elemento galvanométrico se puede obtener una rectificación llamada de media onda, puesto que por el instrumento solo circula la parte correspondiente a la semionda que concuerda con el sentido de conducción del diodo. El otro diodo se debe utilizar para que se permita la libre circulación de la corriente de sentido contrario, pues de otra manera el conjunto se presentaría con una impedancia inaceptablemente elevada para un medidor de intensidad.

En la figura se representa el esquema así como las formas de ondas de intensidades del instrumento y total, así como la caída de tensión que ofrece el conjunto al paso de una corriente alterna sinodal. Como se puede observar la tensión resulta ostensiblemente deformada, e incluso asimétrica en sus dos semiciclos, en virtud de la falta de linealidad de los diodos, lo cual , como se dijo constituye el mayor de los inconvenientes de estos elementos.

Se pueden efectuar rectificaciones de doble onda de tal manera que al instrumento accedan ambas semiondas y una de ellas con el sentido invertido. Esto puede conseguirse con la disposición de diodos llamada en puente. La

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figura proporciona el esquema de conexión en puente competo constituido por cuatro diodos.

En este caso la caída de tensión es simétrica en ambas semiondas pero contiene la correspondiente a dos diodos en serie. Este efecto puede atenuarse utilizando la rectificación en semipuente consistente en la utilización de dos diodos y dos resistencias, tal como se ve en la figura.

Aquí si bien es cierto que en cada semiperiodo solo interviene un diodo en conducción, el coeficiente de utilización del conjunto resulta menor que la unidad, ya que por el galvanómetro solo circula una fracción de la intensidad total:

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Como se dijo al principio de este capítulo, los valores indicados por el instrumento galvanométrico asociado con os rectificadores de medio o doble onda corresponden a los valores medios de semionda, con la salvedad de que en el caso de rectificación a media onda, el valor medio indicado por el instrumento resulta ser la mitad, ya que hay un semiperiodo completo sin paso de corriente.

Si la forma de onda es senoidal, el valor indicado por un instrumento con rectificación a doble onda resulta ser el valor de cresta, o amplitud, de la intensidad senoidal dividido por el factor π /2, y dividido por el factor π si la rectificación es a media onda.

El valor eficaz de la intensidad alterna que ingresa en el sistema deberá calcularse teniendo en cuenta el valor medio medido, el factor de forma de la onda, y la proporción de dicha onda que circula por el instrumento de medida o factor de utilización Ku:

Así en una rectificación a doble onda, el factor de utilización es la unidad, mientras que en la de media onda es 0,5 y en la de un semipuente menor de 0,5.

3.2.-RECTIFICADORES ACTIVOS:

Como se ha dicho, la caída de tensión y la falta de linealidad son los mayores inconvenientes de este sistema que prácticamente lo inhabilita para mediciones en circuitos de pequeñas tensiones, es decir, que su uso para constituir un voltímetro de 5v por ejemplo sería altamente problemático ya que el campo de medida comenzara probablemente a partir de 0,7V en el mejor de los casos, la escala no sería lineal en absoluto y estaría afectada fuertemente por el factor forma.

En los elementos digitales, las limitaciones anteriores no son aceptables y por tanto se utilizan múltiples técnicas de rectificación sin provocar caídas de tensión adicionales ni faltas de linealidad, aunque dichas técnicas son de tipo electrónico.

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En ambos casos la caída de tensión adicional de los diodos la proporciona el amplificador operacional, que necesita alimentación auxiliar en corriente continua.

Se puede añadir un condensador dibujado en línea de trazos que alise la forma de la onda de salida del proceso de rectificación.

En estos rectificadores la selección de los intervalos de conducción, o de inversión, no están controlados por el comportamiento de diodos a los sentidos de circulación, sino que lo hacen por medio de elementos interruptores, actualmente de naturaleza electrónica, controlados externamente, aunque de manera sincrónica con la señal a rectificar.

Es fácil observar que si el conmutador permanece en la posición 1 durante todo el semiperiodo positivo de la intensidad, cambiando rápidamente a la posición 0 y permaneciendo en ella durante todo el semiperiodo negativo, la consecuencia es una consecuencia a media onda, y si los contactos del conmutador no producen caída de tensión, la rectificación es perfecta.

4.-CONVERTIDOR AC/DC

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La corriente alterna (AC) es la forma más eficiente de suministrar energía eléctrica. Sin embargo, muchos aparatos electrónicos necesitan corriente directa (DC) para funcionar. La función del convertidor AC/DC es de transformar la amplitud de la señal alterna en un valor continuo proporcional.

4.1.-Esquema de conversión AC/DC

Transformador: Está formado por un bobinado primario uno o varios bobinados secundarios, que tiene como función principal convertir la energía eléctrica alterna de la red, en energía alterna a otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Además provee una aislación galvánica entre la entrada y la salida

Rectificador: Está constituido por diodos rectificadores cuya función es de rectificar la señal proveniente del bobinado secundario del transformador.

Filtro: Está constituido por uno o varios capacitores que se utilizan para eliminar la componente de tensión alterna que proviene de la etapa de rectificación. Los capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descargan lentamente cuando la señal pulsante desaparece. Permitiendo lograr un nivel de tensión más continua posible.

Regulador: Está constituido por uno o

varios circuitos integrados que tienen la función de

mantener constante las características del sistema y tiene la capacidad de mantener el estado de la salida independiente de la entrada.

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En los multímetros

Los multímetros también permiten la medida del valor eficaz de señales alternas. Sin embargo, como el convertidor A/D solo convierte una tensión continua en su valor digital, debe transformarse la amplitud de la señal en un valor continuo proporcional que es el q realmente se mide. Esta es la función del circuito convertidor AC/DC. El valor eficaz de una señal alterna se define como el valor que tendría una tensión continua que diera la misma energía en el mismo tiempo. La expresión matemática que da el valor eficaz es:

La Conversión AC/DC puede realizarse, bien por circuitos electrónicos que realicen las operaciones matemáticas indicadas en la expresión anterior, o bien por circuitos electrónicos que evalúen la energía de la señal alterna por métodos térmicos. Estos últimos métodos se denominan de VERDADERO VALOR EFICAZ. Sin embargo los multímetros más habituales se basan en la rectificación de la señal alterna y su filtrado posterior, obteniéndose una componente continua (valor medio) que se aplica a la entrada del convertidor A/D.

Como tanto el valor medio como el valor eficaz son proporcionales a la amplitud de la señal alterna, existe una proporcionalidad entre ambos valores. Para una señal sinusoidal con rectificación de doble onda la CONSTANTE DE PROPORCIONALIDAD es 1.11 (Vef= 1.11*Vmed)

Los multímetros están diseñados para medir tensiones alternas por lo que realizan el siguiente paso: rectificación, filtrado para obtener el valor medio y producto por 1.11.

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Solo se aplica esto cuando la señal es sinusoidal, de otro modo el resultado final será incorrecto