jueves, 16 de junio de 2011

Practica #3

https://docs.google.com/document/d/1JOIDcdjQOoZU5RSMIgVbi6r4B9nmUtJW1JtVNPz4opY/edit?hl=en_US

practica #2

https://docs.google.com/document/d/1QNSUJpR8KzMBWW_4GgQqXsBZTNA3NiJsjo-gCc0HUUc/edit?hl=en_US

Practica #4

Objetivo
Aprender a utilizar el osciloscopio digital, así como familiarizarse con sus funciones y determinar las señales que tiene la corriente alterna en un circuito RL y en un circuito RLC
Marco Teorico
Circuito RL (resistencia - bobina) en serie en C.A.

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)


El valor de la fuente de voltaje que alimenta este circuito esta dado por las siguientes fórmulas:
- Voltaje (magnitud) VS = (VR2 + VL2)1/2
- Angulo = /Θ = Arctang (Vl/VR).
Estos valores se expresan en forma de magnitud y ángulo. Ver el diagrama fasorial de tensiones

Ejemplo: 47 /30° que significa que tiene magnitud de 47 y ángulo de 30 grados

La impedancia Z sería la suma (suma fasiorial) de la resistencia y la reactancia inductiva. Y se puede calcular con ayuda de la siguiente fórmula:

Para obtener la magnitud de Z de dividen los valores de Vs e I
Para obtener el /Θ de Z se resta el ángulo de la corriente, del ángulo del voltaje.

Circuitos RLC en corriente alterna.
En este artículo se hará un repaso de los circuitos básicos, formados por resistencias (R), condensadores (C) y bobinas (L), cuando se alimentan por una fuente de tensión alterna senoidal. En corriente alterna aparecen dos nuevos conceptos relacionados con la oposición al paso de la corriente eléctrica. Se trata de la reactancia y la impedancia. Un circuito presentará reactancia si incluye condensadores y/o bobinas. La naturaleza de la reactancia es diferente a la de la resistencia eléctrica. En cuanto a la impedancia decir que es un concepto totalizador de los de resistencia y reactancia, ya que es la suma de ambos. Es por tanto un concepto más general que la simple resistencia o reactancia.
La tensión vg tendrá un valor instantáneo que vendrá dado en todo momento por

En corriente alterna la oposición al paso de la corriente eléctrica tiene dos componentes, una real y otra imaginaria. Dicha oposición ya no se llama resistencia sino impedancia, Z. La impedancia se expresa mediante un número complejo, por ejemplo de la forma a + jb, siendo a la parte real del número complejo y b su parte imaginaria. Pues bien, una resistencia presenta una impedancia que sólo tiene componente real, ya que la su componente imaginaria es de valor cero. Tendremos entonces que en el caso que nos ocupa la impedancia total del circuito será igual al valor que presente la resistencia R, ya que no existe ningún otro elemento en el circuito. Así pues:

Tras lo visto, podemos calcular el valor de la corriente i que circula por el circuito aplicando la Ley de Ohm:

Un generador de señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. Se emplea normalmente en el diseño, test y reparación de dispositivos electrónicos; aunque también puede tener usos artísticos.
Hay diferentes tipos de generadores de señales según los propósitos y aplicación; que se corresponderá con el precio. Tradicionalmente los generadores de señales eran dispositivos estáticos apenas configurables, pero actualmente permiten la conexión y control desde un PC. Con lo que pueden ser controlados mediante software hecho a medida según la aplicación, aumentando la flexibilidad.

Osciloscopio
Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo.
Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones.  La imagen así obtenida se denomina oscilograma.
El osciloscopio es basicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales electricas variables en el tiempo.
El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.
¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
Localizar averias en un circuito.
Medir la fase entre dos señales.
Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Los osciloscopios son de los instrumentos más versatiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenomenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.
¿Qué tipos de osciloscopios existen?
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales . Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.
Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

El osciloscopio no es mas que un instrumento para la visualización de señales eléctricas en el dominio del tiempo. En otras palabras, se pueden ver formas de onda en él. La mayoría de los usos pueden no ser obvios, pero si posee uno, probablemente piense que es uno de los elementos mas usados.


Desarrollo

1.    Elegir dos pares resistencia-inductor y conectarlos en serie para las siguientes mediciones.
•    Conecte el generador de señales y el osciloscopio para medir las características del circuito RL en una red de adelanto.
•    Realice un barrido en frecuencia, fijando la amplitud a 10Vpp, observe y tome nota de frecuencias diferentes para cada par resistencia-inductor.
2.    Ahora conecte la red RL para obtener una red de atrazo y repita el procedimiento anterior.
3.    Elija componentes para conectar un circuito RLC serie, conecte el generador de señales fijando la amplitud a 15Vpp, realice un barrido en frecuencia y tome al menos 5 lecturas para las diferentes frecuencias y tome medición de los voltajes en los componentes del circuito.
4.    Encuentre la frecuencia resonante del circuito.




Amplitud 1
Amplitud 2
Amplitud 3
Amplitud 4
Frecuencias (Hz)
Vp
Vpp
Vp
Vpp
Vp
Vpp
Vp
Vpp
100
1.5
3
3.5
7
5.1
10.2
7
14
1000
1.5
3
3.5
7
5.1
10.2
7
14
10000
1.5
3
3.5
7
5.1
10.2
7
14
30000
1.5
3
3.5
7
5.1
10.2
7
14
100000
1.5
3
3.5
7
5.1
10.2
7
14

Red de adelanto

Red de atrazo


Circuito RLC
R= 10 KΩ  ,   L= 0.001 mH   ,   C=0.01µF     ,      V=15 v
Frecuencia
Vpp
1 K Hz
9.8 v
10 KHz
10.2 v
100 K Hz
10.2v
150 KHz
10.4
170 KHz
9.2


Fr=  1.59 MHz


Conclusión

En esta practica se pudo observer los cambios de fase que puede tener un circuito.
En los circuitos RL los únicos componentes que se tienen son la resistencia y el inductor, pueden conectarse en serie o paralelo, en esta practica solo se utilizaron en paralelo. En el caso del circuito RC se tiene lo mismo solo que el capacitor sustituye al inductor.
Cabe destacar que el inductor adelanta a la corriente en 90°, mientras que el capacitor la atrasa 90°. Conforme aumenta la frecuencia en una red de adelanto aumenta el voltaje, mientras que en una red de atraso es lo contrario.

Transformadores

Transformadores

Inductancia mutua
La inductancia mutua es un fenómeno básico para la operación del transformador, un dispositivo eléctrico que se usa actualmente en casi todos los campos de la ingeniería eléctrica.  Este dispositivo es una parte integral en los sistemas de distribución de potencia y se encuentra en muchos circuitos electrónicos e instrumentos de medición.  En el trabajo que a continuación analizaremos tres de las aplicaciones básicas de un transformador: aumentar o disminuir el voltaje o la corriente, funcionar como un dispositivo que iguale la impedancia y aislar (sin conexión física) una parte de un circuito de otra.
Los efectos electromagnéticos producidos entre dos circuitos que se encuentren próximos, esto es, cuando los respectivos campos magnéticos de los mismos se influencien entre sí, han sido incluidos bajo la denominación de inductancia mutua o inducción mutua. Estos fenómenos son de gran aplicación en electrónica, radio y TV. Donde los transformadores de corriente eléctrica representan un ejemplo típico de la inducción mutua entre dos circuitos.



Coeficiente de acoplamiento
La bobina a la que se aplica la fuente de alimentación se denomina el primario y la bobina a la que se aplica la carga se conoce como el secundario.
Para el primario del transformador de la figura  la aplicación de la Ley de Faraday  tendrá como resultado:
Lo que pone de manifiesto que el voltaje inducido a través del primario es directamente proporcional al número de vueltas en el primario y a la velocidad de cambio del flujo magnético que enlaza la bobina primaria. O a partir de la ecuación:
Lo cual revela que el voltaje inducido a través del primario es directamente proporcional a la inductancia del primario y a la velocidad de cambio de la corriente a través del devanado primario.
La magnitud de es, el voltaje inducido a través del secundario, se determina mediante:


En donde Ns es el número de vueltas en el devanado secundario y θr es la parte del flujo primario tetap que enlazar el devanado del secundario.  Si todo el flujo del primario enlaza el secundario, en tal caso:
El coeficiente de acoplamiento entre dos bobinas se determina mediante:




Razón de voltajes del transformador
Una de las principales aplicaciones de los transformadores es elevar y bajar la tensión, esto se consigue con relación al número de vueltas en el devanado primario y en el secundario.



El hecho de que la razón de tensiones sea igual a la razón de vueltas, puede expresarse
por la siguiente formula:
(NP/ NS )=VP/VS

donde:


NP = Número de vueltas en el devanado primario.
NS = Número de vueltas en el devanado secundario.
VP = Voltaje en el devanado primario.
VS = Voltaje en el devanado secundario. o dispositivo de aislamiento


Resisistencia de la fuente


Una fuente de tensión real está compuesta de una fuente de tensión ideal en serie con una resistenciallamada resistencia interna.

La resistencia interna de una fuente es una resistencia que se coloca en un circuito electrico a fin de modelar el efecto que poseen las fuentes de alimentacion reales cuando a partir de ellas circula una corriente. No es un componente que se puedas quitar o modificar, sino que solo modela la caida de tension en una fuente de alimentacion cuando por ella circula una corriente.
Esta resistencia interna se debe a la resistencia de salida que poseen ciertos circuitos integrados, al igual que la resistencia de los transformadores.
En fuentes de tension, la resistencia se coloca en serie, y mientras menor sea, mejor sera la fuente. En fuentes de corrientes, la resistencia se coloca en paralelo y mientras mayor sea mejor sera la fuente.
¿Cómo se obtiene la resistencia interna?
1- Se mide la tensión en los terminales de una fuente de voltajesin carga (sin RL). El voltaje medido será Vsc (voltaje sin carga)
2- Se conecta una carga y se mide elvoltaje en esta. El voltaje medido será Vcc (voltaje con carga)
3- Se mide la
corriente al circuito con carga. La corriente medida será I
Una vez que se tienen estos valores se aplica la siguiente ecuación: 
RI = (Vsc–Vcc)/I
Ejemplo:
Si Vsc = 12 Voltios , Vcc = 11.8 Voltios e I = 10 Amperios
R
I = 0.05 Ohms
Con lo expuesto se puede concluir que a más corriente demande la carga (RL), menor será elvoltaje terminal, debido a la mayor caída en la resistencia interna (RI).



El Transformador como dIspositivo de aislamiento

Es un dispositivo que se instala entre la alimentación eléctrica y el equipo que desea proteger, generando un ambiente eléctrico aislado y eliminando el riesgo de posibles daños eléctricos.


   Transformador simple unido a una fuente de voltaje de corriente alterna.
El voltaje producido en la bobina secundaria B corresponde al doble de
la bobina primaria A.

En esta figura se muestran dos bobinas de alambre, una A formada por 4 espiras conectadas a una fuente de voltaje de corriente alterna (CA) y otra B de ocho espiras            con un foco integrado, sin ninguna conexión a una fuente de alimentación de energía eléctrica. Cuando por la bobina A circula una corriente alterna, se observa que el             foco se enciende, aunque no está conectada a ninguna fuente. Ello se debe a que al circular corriente alterna por la bobina A, genera un campo magnético cuya          intensidad varía constantemente de valor debido al cambio de la corriente en cada alternancia. pues va desde cero hasta alcanzar un valor máximo y después             disminuye para llegar otra vez a cero, con lo cual ocasiona un campo magnético variable.
 Recibe el nombre de bobina primaria la que está conectada a la fuente de voltaje de CA, y de bobina secundaria aquella donde la corriente es inducida.
Los transformadores se utilizan para elevar o disminuir el voltaje en un circuito de CA. Si lo elevan se denominan de subida o elevación, si lo disminuyen se llama de bajada o de reducción. En el ejemplo de la figura anterior tenemos un trasformador de elevación, toda vez que la bobina B o secundaria tiene el doble de espiras que            la A o primaria. Así, el voltaje inducido en B corresponde al doble del voltaje en A. Sin embargo, como al trasformar el voltaje no cambia su potencia ni su frecuencia, el      efecto que se presenta es la disminución a la mitad en la intensidad de la corriente  de la bobina B.
La corriente disminuye al aumentar el voltaje o viceversa, por que la potencia eléctrica de un transformador es la misma en la bobina primaria que en la secundaria,          pues no genera energía y prácticamente tampoco produce pérdidas de ella, así:
           
            Potencia en la primaria = Potencia en la secundaria.

                        Vp Ip = Vs Is
                       
                        Si la bobina secundaria tiene más espiras que la primaria, su fem o voltaje es mayor y viceversa. Donde la relación entre el voltaje y el número de vueltas en cada bobina se da con la siguiente expresión:

Voltaje primario =    No. de vueltas del primario
Voltaje secundario  No. de vueltas del secundario

Vp = Np
Vs    Ns



Se puede observar que el primario del transformador consta de una resistencia y de una bobina y a ese circuito le suministra potencia el generador. A su vez el primario transmite al secundario parte

El primario por constar de bobina y resistencia conlleva que haya una diferencia de fase entre la
intensidad y el voltaje. En el secundario la diferencia de fase es despreciable, ya que la resistencia
es muy grande comparada con la reactancia capacitiva de la bobina.
La potencia del primario se pude calcular mediante la ecuación.

de esa potencia. El secundario recibe una potencia y dado que el circuito es resistivo, esa potencia se emplea en generar energía calorífica.
PP = IP·VP ·cosϕ

Vp
experimento.

De esa potencia una parte de la misma 2
 ( I ·R ) se emplea en efecto térmico en la resistencia total del primario, que vale RT = 470 + 42 = 512 Ω, por tanto, la potencia que el primario puede transmitir al secundario es:
P T
2
T P P P T

La potencia que aparece en el secundario donde solo se consideran efectos resistivos vale:
S S S

Si la potencia PT se transmitiese íntegramente al secundario, entonces PT = PS, sin embargo, esto no es así, debido principalmente a que existen corrientes de Foucault y a que parte del flujo magnético procedente del primario se dispersa por el entorno y no llega al secundario.
En este experimento se calculan PT y PS ; y se analiza la relación entre ambas magnitudes.


Tipos de Transformadores

Transformador elevador/reductor de tensión
Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
Transformadores elevadores
Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.
Transformadores variables
También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
Transformador de aislamiento
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
Transformador de alimentación
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.
Transformador trifásico
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V.
Transformador de línea o Flyback
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.
Transformador diferencial de variación lineal
El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.
Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.
Transformador con diodo dividido
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
Transformador de impedancia
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor .
Estabilizador de tensión
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.
Transformador híbrido o bobina híbrida
Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.
Balun
Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.
Transformador electrónico
Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.
Transformador de frecuencia variable
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.
Transformadores de medida
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
Según su construcción
Autotransformador
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
Transformador con núcleo toroidal
El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
Transformador de grano orientado
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.
Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador de núcleo envolvente
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.
Transformador piezoeléctrico
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.