DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

SECCIÓN ELÉCTRICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

ING. ANGOA TORRES ANSELMO ING. HERNÁNDEZ VEGA JAVIER

SEMESTRE 2014-II

1

LABORATORIO DE ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS REALIZACIÓN. ING. ANGOA TORRES ANSELMO ING. HERNÁNDEZ VEGA JAVIER COLABORACIÓN. DR. FLORES ASCENCIO SABAS ING. LIMA GÓMEZ ANGEL ISAIAS ING. MENDOZA ANDRADE NIDIA ING. GERSENOWIES ROSAS JORGE RICARDO CON LA VALIOSA PARTICIPACIÓN EN LA ELABORACIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LOS AYUDANTES DE PROFESOR: MEDINA MORALES OSCAR ALAN ROSALES SALVATORI ISMAEL CRUZ CASTILLO ELPIDIO

ÍNDICE PRESENTACIÓN……………………………………………………………………… 1 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… 2 PRÁCTICA NO. 1……………………………………………………………………….4 PRÁCTICA NO. 2……………………………………………………………………….19 PRÁCTICA NO. 3……………………………………………………………………….26 PRÁCTICA NO. 4……………………………………………………………………….33 PRÁCTICA NO. 5……………………………………………………………………….39 PRÁCTICA NO. 6……………………………………………………………………….46 PRÁCTICA NO. 7……………………………………………………………………….54 PRÁCTICA NO. 8……………………………………………………………………….61 PRÁCTICA NO. 9……………………………………………………………………….70 PRÁCTICA NO. 10……………………………………………………………………….76 PRÁCTICA NO. 11……………………………………………………………………….82 2

PRESENTACIÓN El manual de las prácticas tiene como objetivo principal que el estudiante de IME mediante la experimentación reafirme los conocimientos adquiridos en su clase teórica de análisis de circuitos eléctricos. Se incluye la utilización del manejo de la computadora como herramienta auxiliar para realizar simulaciones de los circuitos y así obtener los parámetros eléctricos respectivos. Al inicio del manual se proporciona una pequeña introducción haciendo énfasis de las medidas de seguridad que el alumno deberá de tener en cuenta durante el desarrollo de las mismas. El formato lleva una secuencia la cual consta: - Número y tema de la práctica. - Requisitos para tener derecho a realizar la práctica. - Objetivos propuestos. - Introducción. (SE PROPONEN TEMAS QUE DEBERÁ DESARROLLAR EN UNA CUARTILLA COMO MÍNIMO Y PRESENTAR PREVIO AL INICIO DE LA SESIÓN, ES UN REQUISITO PARA TENER DERECHO A LA REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA) - Cálculos teóricos y simulación de los circuitos. - Material y equipo requerido. - Desarrollo. - Cuestionario a resolver. - Conclusiones (QUE DEBERÁ REALIZAR CON RESPECTO A LOS CONOCIMIENTOS ADQUIRIDOS) - Bibliografía utilizada. Entrega de la práctica para su evaluación: -

Práctica que se realizó. Introducción. Cálculos teóricos y simulación de los circuitos que se realizaron experimentalmente. Cuestionario contestado, conclusiones y bibliografía.

Nota: Utilice hojas blancas tamaño carta no reciclada, todo debe de contestarse a mano con letra legible. No se evaluará si existen tachaduras, manchas, etc. Es conveniente que para un mejor aprovechamiento, el alumno cuente con una preparación previa al tema y que la práctica la realice durante el tiempo asignado al laboratorio. NOTA: Comentarios, opiniones y/o sugerencias para el mejoramiento de las prácticas a:

[email protected].

3

INTRODUCCIÓN

¡¡CUIDADO CON LA ENERGÍA ELÉCTRICA!!

¿Es la corriente la que mata? La mayor parte de las personas piensan que una descarga eléctrica de 10000 volts es más peligrosa que una descarga eléctrica de 100 volts sin embargo no lo es. El efecto real que produce una descarga eléctrica depende de la intensidad de corriente (amperes) que pasa por el cuerpo humano así como su resistencia la cual varía dependiendo de los puntos de contacto y de las condiciones de la piel (húmeda o seca), para la piel húmeda se consideran 1000& para piel seca se considera hasta 50000&. La siguiente gráfica muestra el efecto fisiológico que causan algunas intensidades de corriente. Nótesela ausencia de voltaje.

4

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LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 1 MANEJO DEL EQUIPO DEL LABORATORIO. MEDICION EN C.D. FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________

CALIFICACION 5

PRÁCTICA 1. MANEJO DEL EQUIPO DE LABORATORIO Para tener derecho a la sesión es necesario traer; introducción del tema a desarrollar, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica.

OBJETIVO Conocer el uso manejo y operación de la fuente de alimentación de voltaje de c. d., del equipo de medición, del uso de la tableta de conexiones o Protoboard, del Software Multisim. INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla). · Características de las fuentes de voltaje de corriente directa. · Características constructivas y principio de funcionamiento del voltímetro. · Características constructivas y principio de funcionamiento del amperímetro. EQUIPO · Fuente de Alimentación de c. d. BK PRECISION 1672. · Equipo de medición de c. d. MATERIAL Y HERRAMIENTA QUE EL ALUMNO DEBE DE TRAER PARA REALIZAR SU PRÁCTICA: · · · · · ·

Tableta de conexiones (Protoboard). Alambre calibre 22 ó 24. Simulador Multisim 10 o posterior. Computadora. Pinzas de punta y corte. 6 Resistencias de 100 © a1/2 Watt.

DESARROLLO 1. FUENTE DE ALIMENTACIÓN. 1. 1. Identifique las componentes de la fuente de alimentación de Corriente Directa BK PRECISION 1672 de la figura 1.1. 6

1.2. Uso de la fuente de alimentación. • 1.

2.

Realice los siguientes pasos: Revise que las perillas de control de salida de voltaje y corriente estén en posición extrema del sentido anti horario. Oprima el botón de encendido de la fuente de alimentación, los indicadores de voltaje y corriente de los derivadores FV1, FV2 deben de encenderse como se muestra en la figura 2.

Figura 2 7

3. Coloque la perilla de control de corriente de FV1 y FV2 en la posición extrema en sentido horario con el fin de que la fuente pueda proporcionar la máxima corriente, los LEDs de corriente deberán de apagarse. 4. Gire la perilla de voltaje de FV1 en sentido horario hasta que el display marque el voltaje a utilizar, realice lo mismo para FV2, si es necesario. Los indicadores del display aparecerán como se muestra en la figura3.

Figura 3. 5. Al terminar la práctica coloque la perilla de voltaje y corriente en cero. 6. Apague la fuente de alimentación. 2. TABLETA DE CONEXIONES. 2.1. Características. • • • •

Placa de uso genérico reutilizable. Usada para construir prototipos de circuitos electrónicos. Se utilizan para la realización de pruebas experimentales en circuitos electrónicos. La figura 4 indica como está conformada la tableta de conexiones

8

Figura 4 Cada nodo o bus de voltaje está formado por una lámina conductora, como se muestra en la figura 5.

Figura 5 2.2. Uso de la tableta. En las siguientes figuras se ilustra el armado de un circuito en la tableta de conexiones.

9

(a)

Circuito paralelo

(c) Circuito serie

e) Circuito

(b) Circuito armado en la tableta de conexiones

(d) Circuito armado en la tableta de conexiones

(f) Circuito armado en la tableta de conexiones

3. EQUIPO DE MEDICIÓN. En el laboratorio se cuenta con aparatos de medición como, Amperímetros o voltímetros de carátula, multímetros portátiles analógicos y digitales. 3.1. Características del multímetro. Un multímetro es un instrumento de medición con el cual podemos medir diferentes variables eléctricas como, voltaje, corriente, resistencia, capacitancia entre otras funciones. En la figura 7 se muestra el multímetro digital Fluke 87 III.

10

Nota. Se cuenta también con multímetro marca STEREN modelo MUL-600, solicite al profesor que se los muestre. 3.1.1. Medición de voltaje de corriente directa. •

Para medir voltaje de corriente directa, ponga la perilla selectora en la función volts de corriente directa como lo muestra la figura 8 inciso a.

•

El circuito de la figura 8 (b) muestra como medir el voltaje en la resistencia.

•

Inserte las puntas de prueba correctamente en los bornes de conexión de funciones V-Ω y COM como se muestra en la figura 8 (a). Ponga las puntas de prueba como se indica en la figura 8 (c).

11

El voltaje se mide entre dos puntos, no hay necesidad de abrir una parte del circuito.

3.1.2. Medición de corriente directa. Para medir el flujo de corriente directa que circula por un conductor realice los siguientes pasos: •

Colocar la perilla del multímetro en A o mA-µA, según sea la magnitud de la corriente a medir (si desconoce la magnitud de la corriente utilice A).

•

Inserte las puntas de prueba en los bornes de conexión de funciones A, mA-µA (signo positivo +) y COM (signo negativo -)

El amperímetro se conecta en serie al elemento al cual se desea conocer su intensidad eléctrica.

4. SIMULADOR DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS MULTISIM. 4.1. Este programa permite simular el funcionamiento de circuitos eléctricos-electrónicos, así como realizar mediciones de las diferentes variables eléctricas. 1.- Realizar la instalación del programa MULTISIM 10 (o posterior), de acuerdo a las instrucciones de instalación que vienen anexas a la carpeta del programa. 2.- Después de haber finalizado la instalación, ejecute el programa para verificar su funcionamiento y observar el área de trabajo, con el fin de conocer y relacionarse con los iconos. 12

Figura 10.

3.- Al ejecutar el programa veremos una ventana como la mostrada en la figura 10, donde veremos iconos los cuales la mayor parte de ellos son componentes para la realización de circuitos. 4.- Ve al menú “place” y selecciona “component” lo cual abrirá una ventana que te sirve para la selección de componentes, como se observa en la figura 11.

Figura 11. 13

5.- En esta nueva ventana podrás seleccionar el componente que se desea utilizar, por ejemplo aparece una pestaña que dice Group y enseguida aparece una flecha donde podrás seleccionar la clasificación de lo que buscas y veras que aparece la lista de componentes de acuerdo a su grupo, los grupos serán los siguientes: en la que dice Basic, encontraras: resistencias, capacitores, inductancias, potenciómetros entre otros más etc., En la que dice Indicators encontraras: voltímetros, amperímetros y otros aparatos de medición. En la que dice Source encontraras fuentes de alimentación de CD y CA, lo que es Ground o tierra, Vcc, entre otras. En Diodes encontraras lo que son diodos, Zener. Leds, Triac y otros más. En Transistors encontraras: transistores y el tipo de transistor. En Analog encontraras: Amplificadores operacionales etc. En TTL encontraras circuitos integrados TTL. En CMOS encontraras circuitos integrados CMOS; como se observa en la figura 12.

Figura 12. 6.- Selecciona el componente, después se da click en “OK” y te lo mostrara en el área de trabajo, de nuevo se da click para insertarlo en el área de trabajo e inmediatamente te regresa la ventana “Select a Component”, al terminar de seleccionar todos los componentes se da click en “Close” para cerrar esta última ventana, tendremos en el área de trabajo nuestros componentes como se observa en la figura 13.

14

Figura 13. 7.- Después de que hayas insertado todos tus componentes, tendrás que armarlo, y para eso es muy sencillo, solo tienes que tocar la terminal del componente y genera un cable y de nuevo dar click donde quieras colocar el otro extremo del cable como se observa en la figura 14. (De preferencia acomoda tus componentes antes de conectar, los componentes los puedes arrastrar con el mouse, para que simplifiques tus conexiones).

Figura 14.

15

8.- Después de que termines de conectar todos tus componentes, cerciórate de que este bien cerrado el circuito, porque si lo simulas así, genera error y además no se puede simular.

9. Antes de realizar tu simulación, conecta el voltímetro o amperímetro o todo lo que vayas a medir en las terminales donde quieras conocer su magnitud, tendremos acceso a los aparatos de medición en el menú “Simulate”, en el submenú “Instruments”, ya sea que utilicemos: multímetro (Multimeter), generador de funciones (Function Generator), wattmetro (Wattmeter), osciloscopio (Oscilloscope), entre otros; como se observa en la figura 15.

Figura 15. 10. Por último hay una pestaña en el área de trabajo Multisim, que dice Simulate, dale click, aparece una flecha de color verde que dice Run, dale click, y comenzará la simulación, para proporcionarte los valores medidos por los instrumentos, da doble click 16

sobre el instrumento, para poderte visualizar en otras ventana, los valores como se observa en la figura 16. (Puedes conectar varios aparatos de medición a la vez, es decir varios voltímetros y amperímetros, según las mediciones que desees realizar, todo circuito debe llevar su respectiva tierra, recuerda que en Source y luego Ground la encontraras).

Figura 1.16. CUESTIONARIO. 1. ¿Cómo se clasifican las fuentes de voltaje de corriente directa? 2. ¿Cuál es la diferencia entre una fuente ideal de voltaje y una fuente real de voltaje? 3. ¿Cuáles son las características de una fuente de alimentación de corriente directa? 4. ¿Qué determina la cantidad de energía que puede suministrar una fuente de alimentación de corriente directa? 5. ¿De que materiales se construyen las pilas? 6. ¿Qué determina la cantidad de energía que puede suministrar una pila? 7. Mencione los niveles de voltaje de corriente directa que se utilizan en aparatos como teléfonos, motores, etc. 8. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del multímetro? 17

9. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del amperímetro? 10. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del voltímetro? 11. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del óhmetro? 12. Menciones algunos programas que se utilizan para la simulación de circuitos eléctricos. 13. ¿Por qué es indispensable la correcta conexión de los componentes al simular en Multisim? 14. Indique cual es la simbología normalizada que se usa para los siguientes elementos: resistencias, fuente de voltaje, fuente de corriente, amperímetro, voltímetro, óhmetro.

CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas)

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LEY DE OHM- LE DE JOULEUNIVERSIDAD NACIONAL

AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 2 LEY DE OHM – LEY DE JOULE

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 19 CALIFICACION

PRACTICA 2.- LEY DE OHM – LEY DE JOULE.

Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica.

OBJETIVOS. • • •

Medición de voltaje y corriente en circuitos resistivos, conectados en serie, paralelo y mixtos. Comprobar la ley de Ohm Comprobar la ley de Joule.

INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla) • •

Ley de ohm Ley de joule

EQUIPO. • • •

Fuente de Alimentación de voltaje de C. D BK PRECISION 1672. Equipo de Medición de corriente y voltaje FLUKE 87 III. Software “Simulador Multisim”.

MATERIAL Y HERRAMIENTA QUE EL ALUMNO DEBE DE TRAER PARA REALIZAR SU PRÁCTICA: • • • • • • • • • • • • •

Tableta de conexiones (Protoboard). 1 Resistencia de 680 Ω a ½ watt R1. 1 Resistencia de 270 Ω a ½ watt R2. 1 Resistencia de 150 Ω a ½ watt R3. 1 Resistencia de 220 Ω a ½ watt R4. 1 Resistencia de 100 Ω a ½ watt R5. 1 Resistencia de 330 Ω a ½ watt R6. 1 Resistencia de 1 kΩ a ½ watt R7. 1 Resistencia de 470 Ω a ½ watt R8. 1 Resistencia de 100 Ω a ½ watt R9. Alambre calibre 22. Cables de conexión terminales caimán – caimán. Pinzas de punta y corte. 20

DESARROLLO. 1. Arme en la tableta de conexiones los siguientes circuitos, mida y anote los valores de voltaje y corrientes medidos de acuerdo al aparato de medición requerido, en las respectivas tablas.

Circuito 2.1.

Resistencias

Teóricos

Simulados

Medidos

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝑅1

𝑅2

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼]

Tabla 2.1

21

𝑅3

𝑅4

𝑅5

2. Apague la fuente de voltaje y arme el siguiente circuito.

Circuito 2.2.

Resistencias

Teóricos

Simulados

Medidos

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝑅1

𝑅2

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼]

Tabla 2.2 3. Realice las conexiones del siguiente circuito.

22

𝑅3

𝑅4

𝑅5

Circuito 2.3.

Resistencias

Teóricos

Simulados

Medidos

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝑅1

𝑅2

𝑅3

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼]

Tabla 2.3

23

𝑅4

𝑅5

𝑅6

𝑅7

𝑅8

𝑅9

Circuito 2.4. Resistencias

Teóricos

Simulados

Medidos

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝑅1

𝑅2

𝑅3

𝑅4

𝑅5

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼] 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉]

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 [𝐼]

Tabla 2.4 4. Apagar la fuente de voltaje y regresar todas las perillas a cero.

CUESTIONARIO 1. Con los valores experimentales de la tabla 1 del circuito 1: 24

𝑅6

𝑅7

𝑅8

𝑅9

a. Calcule la potencia de cada elemento b. Sume la potencia total disipada por los elementos y compare con la potencia suministrada por la fuente, ¿Cómo son? c. Suponga que el circuito 1 estuvo trabajando 16 horas, calcule la energía consumida en Joule, BTU y en calorías para cada elemento resistivo. d. Calcule la energía total consumida por el circuito en Joule, BTU y caloría. 2. Repita los incisos a, b, c y d con los valores experimentales de la tabla 2.2 del circuito 2. 3. Repita los incisos a, b, c y d con los valores experimentales de la tabla 2.3 del circuito 3. 4. Repita los incisos a, b, c y d con los valores experimentales de la tabla 2.4 del circuito 4. 5. Defina voltaje, corriente, resistencia, conductancia, potencia. 6. En el circuito 1 auxíliese con la simulación, elimine el conductor que une la resistencia 1 con la resistencia 2, ¿Qué sucede con sus voltajes y la corriente?, ¿Cómo se encuentra el circuito trabajando? 7. En el circuito 2 auxíliese con la simulación, con un conductor una las terminales de la resistencia 3, ¿Qué sucede con los voltajes y la corriente?¿como se encuentra el circuito trabajando? 8. En el circuito 3 auxíliese con la simulación, quite la fuente de alimentación y en su lugar coloque un multímetro en función de óhmetro. Corra el programa y anote el valor de la resistencia equivalente en esos puntos. 9. Realice el punto anterior pero en su tableta de conexiones, anote su resultado, ¿Cómo son los valores?

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas)

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LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 3 LEYES DE KIRCHHOFF

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II __________________ CALIFICACION 26

PRÁCTICA 3 “LEYES DE KIRCHHOFF” Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica. OBJETIVOS • •

Comprobar que en una malla de cualquier circuito, la suma de los voltajes de cada uno de los elementos que conforman dicha malla es cero. Comprobar que en cualquier nodo de un circuito, la suma de las corrientes que pasan por dicho nodo es cero.

INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla) Ley de Voltajes de Kirchhoff • malla fundamental • corriente de malla • convención para la dirección de la corriente de malla Ley de Corrientes de Kirchhoff • nodo fundamental • nodo de referencia • voltaje nodal • corriente de rama • convención aplicada en las corrientes de rama que entran o salen de un nodo EQUIPO. • • •

Fuente de Alimentación de voltaje de C. D BK PRECISION 1672. Equipo de Medición de corriente y voltaje FLUKE 87 III. Software “Simulador Multisim”.

MATERIAL Y HERRAMIENTA QUE EL ALUMNO DEBE DE TRAER PARA REALIZAR SU PRÁCTICA: • • • • • • •

Tableta de conexiones (Protoboard). 1 Resistencia de 470 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 680 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 330 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 220 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 560 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 330 Ω a ½ watt

R1. R2. R3. R4. R5. R6. 27

• • •

Alambre calibre 22. Cables de conexión terminales caimán – caimán. Pinzas de punta y corte.

DESARROLLO 1. Arme en la tableta de conexiones, el circuito que se muestra en la figura 3.1.

Figura 3.1 2. Encienda la fuente de alimentación y fije la fuente V1 a 5 V, la fuente V2 a 10 V y la fuente V3 a 15 V. 3. Mida los voltajes de los elementos de acuerdo a la polaridad mostrada para cada malla de la figura 3.2 y anótelas en la tabla 3.1.

Figura 3.2 28

4. Apague la fuente de alimentación y regrese a cero la V1, la V2 y la V3. 5. Registre los valores, teóricos y simulados en la tabla 3.1. 6. Realice la sumatoria de voltajes en cada malla y regístrela en la tabla 3.1. Valores Teóricos

Simulados

Medidos

Malla I II III I II III I II III

Vf1

Vf2

VR1

VR2

VR3

VR4

VR5

VR6

ΣV

Tabla 3.1 7. Medición de voltajes nodales. 8. Identifique en la tableta de conexiones los nodos que se muestran en la figura 3.3.

Figura 3.3 9. Seleccione el nodo “d” como nodo de referencia. 10. Encienda la fuente de alimentación y fije la V1 a 5 V y la V2 a 10 V y mida los voltajes que se indican en la tabla 3.2.

29

Valores

V a-d

V b-d

V c-d

Teóricos Simulados Medidos

Tabla 3.2 11. Apague la fuente de alimentación sin variar los valores de voltaje de las fuentes de alimentación. 12. Registre los valores teóricos y simulados en la tabla 3.2. 13. Compare los valores teóricos, simulados y prácticos, y anote sus comentarios ______________________________________________________________________

14. Seleccione el nodo “c” como nodo de referencia. 15. Encienda la fuente de alimentación y mida los voltajes que se indican en la tabla 3.3. Valores

V a-c

V b-c

V d-c

Teóricos Simulados Medidos Tabla 3.3

16. Apague la fuente de alimentación. 17. Registre los valores teóricos y simulados en la tabla 3.3.

30

18. Compare los valores medidos de la tabla 3.2 y 3.3 y escriba sus conclusiones _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 19. Medición de corrientes de rama. 20. Conecte un amperímetro para medir la corriente I1 en el nodo “a” como se muestra en la figura 3.4. Encienda la fuente de alimentación. NOTA: conecte la terminal positiva del amperímetro en el nodo y la terminal negativa en el elemento correspondiente. 21. Apague la fuente de alimentación 22. Registre el valor de la corriente que muestre el amperímetro en la tabla 3.4.

Figura 3.4

23. Repita los pasos 20 al 22 para medir las corrientes de cada rama en cada uno de los nodos como se indica en la figura 3.4 24. Registre los valores teóricos y simulados en la tabla 3.4. 25. Realice la sumatoria de corrientes en cada nodo y regístrela en la tabla 3.4.

31

Nodo a Valores b teóricos c a Valores b simulados c a Valores b medidos c

I1

I2

I3

I4

I5

I6

ΣI

Tabla 3.4

CUESTIONARIO 1. ¿Cómo se define una malla en un circuito eléctrico? 2. ¿Cómo se determina la dirección de la corriente de malla? 3. Mencione los pasos que siguió para aplicar la Ley de Voltajes de Kirchhoff en el circuito de la figura 3.2 y así determinar los valores de voltaje de cada elemento resistivo 4. De acuerdo a los resultados obtenidos en la columna ΣV en la tabla 3.1 enuncie la Ley de Voltajes de Kirchhoff 5. ¿Qué entiende como voltaje nodal? 6. ¿Son diferentes los voltajes nodales de la tabla 3.2 y 3.3?, ¿por qué? 7. Mencione los pasos que siguió para aplicar la Ley de Corrientes de Kirchhoff en el circuito de la figura 3.2 y así determinar los valores de corriente de cada rama 8. De acuerdo a los resultados obtenidos en la columna ΣI en la tabla 3.4 enuncie la Ley de Corrientes de Kirchhoff 9. Con los valores de la corriente de rama, calcule la potencia en cada elemento y demuestre que la potencia disipada es igual a la potencia suministrada 10. Obtenga la conductancia de cada elemento resistivo que se encuentra en el circuito de la figura 1. Aplique la Ley de Voltajes de Kirchhoff y calcule el voltaje ya la corriente de cada elemento resistivo. 11. Resuelva nuevamente el circuito aplicando la Ley de Corrientes de Kirchhoff. Compare los resultados obtenidos con el punto 10. 12. Auxíliese del programa de simulación y resuelva el circuito de la figura 1 cambiando el nodo de referencia al punto c, mida los voltajes nodales y las corrientes de rama, compare los resultados con los obtenidos en la simulación de las tablas 3.3 y 3.4, anote sus conclusiones. CONCLUSIONES. BIBLIOGRAFIA. (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas)

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 4 TEOREMA DE SUPERPOSICION

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

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SEMESTRE 2014-II _______________________ 33 CALIFICACION

PRÁCTICA 4 “TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN” Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica.

OBJETIVOS •

Comprobar la linealidad en los circuitos eléctricos resistivos.

INTRODUCCIÓN • •

Temas que deben incluirse Teorema de superposición

EQUIPO. • • •

Fuente de Alimentación de voltaje de C. D BK PRECISION 1672. Equipo de Medición de corriente y voltaje FLUKE 87 III. Software “Simulador Multisim”.

MATERIAL Y HERRAMIENTA QUE EL ALUMNO DEBE DE TRAER PARA REALIZAR SU PRÁCTICA: • • • • • • • • • •

Tableta de conexiones (Protoboard). 1 Resistencia de 470 Ω a ½ watt R1. 1 Resistencia de 330 Ω a ½ watt R2. 1 Resistencia de 150 Ω a ½ watt R3. 1 Resistencia de 220 Ω a ½ watt R4. 1 Resistencia de 560 Ω a ½ watt R5. 1 Resistencia de 100 Ω a ½ watt R6. Alambre calibre 22. Cables de conexión terminales caimán – caimán. Pinzas de punta y corte.

34

DESARROLLO 1. Arme en la tableta de conexiones, el circuito que se muestra en la figura 4.1.

Figura 4.1 2. Encienda la fuente de alimentación y fije la V1 a 5 V y V2 a 10 V. 3. Mida el voltaje y la corriente de cada elemento resistivo de acuerdo a la polaridad y dirección mostrada respectivamente en la figura 4.2 y anótelas en la tabla 4.1.

Figura 4.2

35

4. Apague la fuente de alimentación y anote los valores teóricos y simulados en la tabla 4.1 R1 V (Volt)

I (mA)

R2 V (Volt)

I (mA)

R3 V (Volt)

I (mA)

R4 V (Volt)

I (mA)

R5 V (Volt)

I (mA)

R6 V (Volt)

I (mA)

Teóricos Simulados Medidos

Tabla 4.1

5. Sustituya la V2 por un conductor como se muestra en la figura 4.3.

Figura 4.3. 6. Encienda la fuente de alimentación y fije la V1 a 5 V. 7. Mida el voltaje y la corriente de cada elemento resistivo de acuerdo a la polaridad y dirección mostrada respectivamente en la figura 4.3 y anótelas en la tabla 4.2. R1 Va (Volt)

Ia (mA)

R2 Va (Volt)

Ia (mA)

R3 Va (Volt)

Ia (mA)

R4 Va (Volt)

Ia (mA)

R5 Va (Volt)

Teóricos Simulados Medidos

Tabla 4.2. 8. Apague la fuente de alimentación y restituya V2. 9. Sustituya la V1 por un conductor como se muestra en la figura 4.4. 36

Ia (mA)

R6 Va (Volt)

Ia (mA)

Figura 4.4 10. Encienda la fuente de alimentación y fije la V2 a 10 V. 11. Mida el voltaje y la corriente de cada elemento resistivo de acuerdo a la polaridad y dirección mostrada respectivamente en la figura 4.4 y anótelas en la tabla 4.3. 12. Apague la fuente de alimentación y anote los valores teóricos y simulados en la tabla 4.3. R1 Vb (Volt)

Ib (mA)

R2 Vb (Volt)

Ib (mA)

R3 Vb (Volt)

Ib (mA)

R4 Vb (Volt)

Ib (mA)

R5 Vb (Volt)

Ib (mA)

R6 Vb (Volt)

Ib (mA)

Teóricos Simulados Medidos

Tabla 4.3 13. Sume el voltaje Va y Vb de cada elemento resistivo y regístrela en la tabla 4.4 R1 Va +Vb (Volt)

R2 Va +Vb (Volt)

R3 Va +Vb (Volt)

R4 Va +Vb (Volt)

R5 Va +Vb (Volt)

R6 Va +Vb (Volt)

Teóricos Simulados Medidos

Tabla 4.4

14. Compare los resultados anotados en la tabla 4.1 y 4.4, ¿son aproximadamente iguales?_______________________________________________________________ 37

15. Sume la corriente Ia e Ib de cada elemento resistivo y regístrela en la tabla 4.5 R1 Ia + Ib (mA)

R2 Ia + Ib (mA)

R3 Ia + Ib (mA)

R4 Ia + Ib (mA)

R5 Ia + Ib (mA)

R6 Ia + Ib (mA)

Teóricos Simulados Medidos

Tabla 4.5 16. Compare los resultados anotados en la tabla 4.1 y 4.5, ¿son aproximadamente iguales?_____________________________________________________________ 17. En base al procedimiento experimental realizado, escriba su interpretación del teorema de superposición________________________________________________________ CUESTIONARIO. 1. ¿Qué condiciones debe de reunir un circuito eléctrico par que pueda aplicarse el teorema de superposición? 2. Enumere los pasos a seguir para que a un circuito se pueda resolver mediante el teorema de superposición. 3. Auxíliese del programa de simulación y aplique el teorema de superposición para encontrar: a) la corriente de la fuente de voltaje de 3 volts, b) el voltaje de la fuente de corriente de 5 A y c) la corriente en la resistencia de 5 Ω

4. Resuelva el punto 3 teóricamente.

CONCLUSIONES. BIBLIOGRAFIA. (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas.

38

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 5 TEOREMA DE THEVENIN, NORTON Y MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 39 CALIFICACION

PRÁCTICA NO.5 “TEOREMA DE THEVENIN, NORTON Y MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA” Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica. OBJETIVOS • • •

Medir la resistencia equivalente en un circuito y obtenerla teóricamente. Conocer las corrientes que contribuyen al corto circuito. Conocer el punto donde se encuentra la máxima transferencia de potencia.

INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla) • Voltaje de Thevenin • Corriente de corto circuito • Máxima transferencia de potencia EQUIPO • • •

2 Multímetros Fluke Fuente de voltaje BK PRECISION Software “Simulador Multisim”

MATERIAL • • • • • • • • • • • • • •

Tableta de conexiones o Protoboard 1 Resistencia de 330 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 270 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 150 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 220 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 100 Ω a ½ watt 1 Resistencia de 270 Ω a ½ watt 1 Potenciómetro de 1KΩ Computadora Pinzas de corte y punta Cables caimán-caimán y banana-caimán Alambre calibre 22 Desarmador Hoja milimétrica.

40

R1. R2. R3. R4. R5. R6.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. En la Protoboard arme el circuito que se muestra en la figura 5.1

Figura 5.1 2. Encienda la fuente de alimentación, fije V1 a 12 V y V2 a 10 V. 3. Mida el voltaje del punto c-d, como se muestra en la figura 5.2. 𝑉𝑐𝑑 = 𝑉𝑡ℎ = _________________

Figura 5.2 4. Apague la fuente de alimentación sin variar los valores de V1 y V2. 5. Conecte un Amperímetro como se muestra en la figura 5.3, encienda la fuente de alimentación y mida la corriente de corto circuito Icc. 𝐼𝑐𝑑 = 𝐼𝑐𝑐 = _______________ 41

6. Con el valor medido de 𝑉𝑡ℎ en el punto 4 y la 𝐼𝑐𝑐 medida en el punto 5 obtenga la 𝑅𝑒𝑞 𝑉𝑡ℎ 𝑅𝑒𝑞 = = ____________________ 𝐼𝑐𝑐

Figura 5.3

7. Apague la fuente de alimentación sin variar los valores de V1 y de V2. 8. Utilice un conductor para unir los nodos c y d sin quitar la resistencia R5 como se muestra en la figura 5.4.

Figura 5.4

42

9. Encienda la fuente de alimentación, mida cada una de las corrientes que se muestran en la figura 5.4 y anótelas en la tabla 5.1. 𝒊𝟏

𝒊𝟐

𝑚𝐴

𝑚𝐴

𝒊𝟑

𝑚𝐴

Corrientes medidas

Tabla 5.1 10. Apague la fuente de alimentación sin variar los valores de V1 y V2. Retire el conductor que une al nodo c y d. 11. Sume las corrientes 𝑖1 , 𝑖2 𝑒 𝑖3 de los valores medidos.

𝐼𝐶𝐶 = 𝑖1 + 𝑖2 + 𝑖3 = __________________

12. Retire las fuentes de voltaje como se muestra en la figura 5.5 y en su lugar coloque un conductor por cada fuente, una vez colocados mida y anote el valor de la resistencia equivalente del punto “c” a “d”.

Figura 5.5 𝑅𝑒𝑞 = ________________

43

13. Uso del potenciómetro. Utilice la terminal de en medio con una de los extremos del potenciómetro y Auxíliese con el multímetro para fijar el valor óhmico que usted desee antes de conectarse al circuito. 14. Seleccione el valor de 𝑅𝑎 , 𝑅𝑏 y 𝑅𝑐 menor a 𝑅𝑒𝑞 ,𝑅𝑑 , 𝑅𝑒 y Rf mayor a 𝑅𝑒𝑞 que se encuentren en el rango del potenciómetro y colóquelos en la tabla 5.2. 15. Coloque nuevamente las fuentes de voltaje en su lugar. Conecte el potenciómetro con el valor de Ra y los aparatos de medición como se muestra en la figura 5.6. Encienda la fuente de alimentación, mida el voltaje y la corriente, anótelos en la tabla 5.2.

Figura 5.6 16. Apague la fuente de alimentación sin mover las perillas de V1 y V2. 17. Desconecte el potenciómetro. 18. Repita los puntos 15 al 17 para los demás valores resistivos. 𝑹𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂

𝑽𝒐𝒍𝒕𝒂𝒋𝒆

𝑪𝒐𝒓𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂

(𝜴)

(𝑽)

(𝒎𝑨)

(𝒎𝑾)

𝑹𝒂 𝑹𝒃 𝑹𝒄

44

𝑹𝒆𝒒 𝑹𝒅 𝑹𝒆

𝑹𝒇

Tabla 5.2

19. Apague la fuente de alimentación y lleve las perillas a cero. 20. En una hoja milimétrica trace la curva potencia vs resistencia.

CUESTIONARIO 1. 2. 3. 4.

Exprese con sus palabras el Teorema de Thevenin. Exprese con sus palabras el Teorema de Norton. ¿Qué representa la 𝑅𝑒𝑞 en el Teorema de Thevenin? Con los valores medidos de Voltaje de Thevenin y la Resistencia equivalente, dibuje el circuito simplificado. 5. Con los valores medidos de 𝐼𝑐𝑐 y la 𝑅𝑒𝑞, dibuje el circuito simplificado. 6. Mencione algunas aplicaciones del Teorema de Thevenin. 7. ¿De qué depende la corriente de corto circuito? 8. ¿Cuándo se obtiene la máxima transferencia de potencia en un circuito eléctrico? 9. Mencione algunas aplicaciones del Teorema de la Máxima Transferencia de Potencia. 10. Haga una tabla comparativa de los valores teóricos, simulados y medidos de cada circuito realizado en la práctica. Comente al respecto. 11. Auxíliese del programa de simulación y encuentre el voltaje de Thevenin y la corriente de cortocircuito en los puntos a-b. 12. Calcule la máxima transferencia de potencia en esos puntos. 13. Repita los puntos 11 y 12 para los puntos b-c. 14. Analice los resultados obtenidos en los puntos 10 al 13y anote sus conclusiones. CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFIA. (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas) 45

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 6 ANÁLISIS DE LA ONDA SENOIDAL

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 46 CALIFICACION

PRÁCTICA 6. ANÁLISIS DE LA ONDA SENOIDAL Para tener derecho a la sesión es necesario traer introducción del tema a desarrollar, cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica.

OBJETIVOS • •

Estudiar la onda senoidal en circuitos eléctricos de C. A. Identificar la posición de una o más ondas con respecto al tiempo.

INTRODUCCIÓN Temas que deben de incluirse (mínimo una cuartilla):

• • •

Características de la onda senoidal. Generador de funciones Osciloscopio

EQUIPO • • • •

Multímetros Fluke. Fuente de voltaje BK PRECISION. Osciloscopio. Generador de funciones.

MATERIAL • • • • • • • •

Computadora Tableta de conexiones (protoboard). Resistencia de 100Ω a ¼ de Watt. Capacitor de 22 µF a 30 volts. Pinzas de corte y punta. Cables caimán-caimán y banana-caimán. Alambre calibre 22. Desarmador.

47

INTRODUCCIÓN Manejo del Generador de Funciones GWinstek

Verifique que el generador de funciones no tenga ningún daño superficial. Observe que se encuentre conectado al tomacorriente. Encienda el generador de funciones (POWER) Coloque la sonda en OUTPUT 50Ω.

Dependiendo con el circuito que se vaya a alimentar:

Identifique la perilla de frecuencia y gírela de manera que observe un valor en la pantalla del generador. Identifique los botones de selección de rango de frecuencia para ajustar posteriormente la frecuencia deseada. Identifique la perilla de amplitud de la señal. Identifique los botones de tipo de señal que el generador puede entregar y seleccione la señal senoidal. Verifique que la perilla de Offset se encuentre en la posición cero (sentido antihorario)

48

Manejo del osciloscopio

Verifique que el osciloscopio no tenga ningún daño superficial. Observe que se encuentre conectado al tomacorriente. Encienda el osciloscopio. El botón se encuentra en la parte superior izquierda. Para dar mantenimiento:

Pulse el botón de Utilidades Pulse el tercer botón a un costado de la pantalla de Auto calibrado. Después oprima el primer botón para dar la orden de calibrar. Revise que las sondas se encuentren en 1X

Para ver que el osciloscopio este en 1X, pulse CH1 MENU (botón amarillo) y buscar sonda debe de estar en 1X Voltaje, en caso de no ser así pulsar el cuarto botón hasta que quede en 1X.

Lo mismo para CH2 MENU.

49

Para observar que esté trabajando bien la sonda, se hace la siguiente prueba, se conecta la tierra de la sonda a la tierra indicada en el osciloscopio y la sonda de señal conectarla a PROB COMP (~5V@1kHz). Después pulse AUTOSET (auto configurar)

Se observará una señal cuadrada de 5Vpp a una frecuencia de 1kHz Para obtener las medidas necesarias en la pantalla pulse el botón MEASURES (medidas)

Esta función nos muestra las posibles magnitudes que podemos medir con el osciloscopio como son: Frecuencia, Período, Vmedio, Vpico-pico, Vrms-ciclo, Mín, Máx, T. Subida, T. Bajada, Ancho Pos, Ancho Neg, Ninguna.

Observaremos que la pantalla muestra 5 medidas diferentes. Para cambiar los valores desplegados realice los siguientes pasos: Pulse el botón de la medida que desea cambiar (con los botones localizados a un costado de la pantalla). Pulse el botón fuente para seleccionar CH1 o CH2 dependiendo de la sonda con la que va a trabajar. Pulse en tipo para elegir la magnitud que desea observar en el osciloscopio (Frecuencia, Período, Vmedio, Vpico-pico, Vrms-ciclo, Mín, Máx, T. Subida, T. Bajada, Ancho Pos, Ancho Neg, Ninguna) y después presione el botón “atrás”.

Con la perilla situada debajo de la sonda CH1 y CH2, puede elegir la escala VOLTS/DIV. Esta perilla se refiere a que puede seleccionar un valor que va a tomar cada cuadro con respecto al voltaje que está midiendo.

Si se están utilizando ambos canales y en algún momento solo se desea ver un canal; pulse dos veces sobre el canal que no se desea ver hasta que vea que ya no aparece la señal de dicho canal en la pantalla.

Si se tienen problemas en las mediciones pulse el botón AUTOSET (autoconfigurar). 50

Para observar el disparo de una señal: Gire la perilla SEC/DIV para bajar o subir la escala de tiempo y observar mejor la señal.

DESARROLLO 1.- A través del osciloscopio ajuste una señal senoidal de 5Vp y una frecuencia de 60 Hz en el generador. Los valores de voltaje los debe medir con Vmáx. 2.- En la protoboard arme el circuito de la figura 6.1. Observe que el generador de funciones, la resistencia de 100 Ω y la capacitancia de 22 µF se encuentran en serie. 3.- Coloque las entradas positivas del osciloscopio en los nodos 1 y 3 utilizando el nodo 2 como referencia.

100 Ω 5 VP

Figura 6.1 4.- Observe en el osciloscopio las ondas que tiene cada elemento y dibújelas. Anote los valores de voltaje y frecuencia obtenidos. 𝐹𝑔 = __________________ 𝐹𝑐 = __________________

𝑣𝑔 = __________________ 𝑣𝑐 = __________________

51

Desfasamiento.

5.- Para medir el desfasamiento entre las señales se debe realizar el siguiente procedimiento: a) Una vez mostradas las señales a medir, oprima el botón CURSOR (cursor). b) Identifique en la pantalla el botón TIPO y oprímalo hasta que visualice la opción TIEMPO c) Identifique en la parte inferior derecha de la pantalla las siguientes opciones: CURSOR 1 y CURSOR 2. d) Con la perilla de MANDO MULTIUSO (situada en la parte superior izquierda de la carátula del osciloscopio) marque el cruce por cero de la primer señal e) Cambie a CURSOR 2 y con la perilla MULTIUSO marque el cruce por cero de la segunda señal. El osciloscopio muestra en la parte media de la pantalla un valor de tiempo indicado por esos cruces por cero. Este es el desfasamiento en tiempo.

CURSOR 2 CURSOR 1

6.- Anote el tiempo de desfasamiento de las señales. t =_________________ 7.- Cambie las referencias de las puntas del osciloscopio, colocándolas en el punto 3 y cambie también las puntas de prueba del osciloscopio para medir ahora en el punto 1 y en el punto 2. Se vuelven a observar las ondas. 52

8.- Observe en el osciloscopio las ondas que tiene cada elemento. Anote los valores de voltaje y frecuencia obtenidos. 𝐹𝑔 = __________________ 𝐹𝑐 = __________________

𝑣𝑔 = __________________ 𝑣𝑐 = __________________

9.- Repita el procedimiento de los puntos 5 y 6 para obtener el desfasamiento. Anote el tiempo de desfasamiento de las señales. t =_________________

CUESTIONARIO.

1. Con los resultados del punto 4 compare las formas de onda e indique quien se atrasa. 2. Convierta a grados el tiempo medido en el punto 6. 3. Obtenga la expresión matemática de los voltajes senoidales 𝑣𝑔 𝑦 𝑣𝑐. 4. ¿Obtuvo los mismos resultados tanto teóricos, simulados y prácticos? Explique su respuesta. 5. Con los resultados del punto 8 compare las formas de onda e indique quien se adelanta. 6. Convierta a grados el tiempo medido en el punto 9. 7. Obtenga la expresión matemática de los voltajes senoidales 𝑣𝑔 𝑦 𝑣𝑐. 8. ¿Obtuvo los mismos resultados tanto teóricos, simulados y prácticos? Explique su respuesta.

9. En una gráfica de t-v dibuje las siguientes señales eléctricas, use papel milimétrico. 𝑖 = 10 cos(377𝑡 + 45 ) 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒𝑠

𝑣𝑎 = 10𝑐𝑜𝑠(377𝑡 − 45) 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠

𝑣𝑏 = 5𝑐𝑜𝑠(377𝑡) 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠

53

10. Determine vmáx, frecuencia en rad/seg, frecuencia en Hertz, ángulo de posición, tiempo de inicio de la onda para 𝑖, 𝑣𝑎 𝑦 𝑣𝑏 . 11. Tome como referencia 𝑖, y compare contra 𝑣𝑎 , diga quien se adelanta y por cuantos grados. 12. Tome como referencia 𝑣𝑏 y compare contra 𝑣𝑎 diga quien se atrasa y por cuantos grados.

CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFÍA. (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas)

54

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 7 MANEJO DEL EQUIPO DE LABORATORIO II. MEDICIÓN EN C.A.

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 55 CALIFICACION

PRACTICA 7. MANEJO DEL EQUIPO DE LABORATORIO II. MEDICIÓN EN C. A. Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica. OBJETIVO: Conocer el uso manejo y operación de: la fuente de voltaje de C. A., los módulos de resistencias, inductancias y capacitancias así como los instrumentos de medición. INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla). •

La fuente de alimentación de CA.

•

Equipos de Medición de CA.

MATERIAL Y EQUIPO • • • • •

Módulo de resistencias. Módulo de inductancias Módulo de capacitancias Fuente de Alimentación LAB-VOLT. Equipo de medición de c. a.

DESARROLLO Con la ayuda del profesor Identifique las partes que componen a la fuente de alimentación LAB-VOLT figura 1.

Figura 1. Fuente de alimentación LAB-VOLT. 56

USO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN LAB-VOLT 1. Verifique que el botón reiniciar no se encuentre accionado, si es este el caso restablecer. En caso de ocurrir reportarlo y anotar en la bitácora. 2. Gire la perilla de control de voltaje en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta su posición extrema para un voltaje de cero volts. 3. Para encender la fuente de voltaje. Ponga el interruptor de la fuente de voltaje en la posición ON y posteriormente presione el pulsador verde que se encuentra en el costado izquierdo del gabinete. Para apagar la fuente de voltaje, ponga el interruptor de la fuente de voltaje en la posición OFF ALIMENTACIÓN DE VOLTAJE DE C.A. FIJA 4. Encienda la fuente de voltaje y con un multímetro realice lo siguiente: Seleccione la función Vca en el multímetro y mida las terminales 1-N, 2-N y 3-N. Los valores deben ser aproximadamente iguales. Si no es así, no la utilice y repórtela en la bitácora. ALIMENTACIÓN DE VOLTAJE DE C.A. VARIABLE 5. Encienda la fuente de voltaje 6. Conecte un multímetro en función de voltaje de c.a. en las terminales 4 a N gire la perilla hasta que el voltímetro marque 110 volts aproximadamente. 7. Repita la operación para las terminales 5-N y 6-N, los voltajes medidos deberán de ser iguales. En caso contrario no la utilice y repórtela en la bitácora.

ALIMENTACIÓN DE C.D. FIJA 8. Encienda la fuente de voltaje y conecte un multímetro en función de Vc.d en las terminales 7-N. Si el voltaje medido es aproximadamente igual a 120V podrá utilizarse, si no es así, no la utilice y repórtela en la bitácora.

57

ALIMENTACIÓN DE C.D. VARIABLE 9. Encienda la fuente de voltaje y conecte un multímetro en función de Vc.d en las terminales 8-N. 10. gire la perilla de control de voltaje hasta que el multímetro marque 120 V. Si la fuente de voltaje proporciona los 120 V podrá utilizarse, si no es así, no la utilice y repórtela en la bitácora.

EQUIPO DE MEDICIÓN. 11. En el laboratorio se cuenta con aparatos de medición como, Amperímetros o voltímetros de carátula o multímetros portátiles analógicos o digitales. Con la ayuda del profesor conozca su uso. Módulos de resistencias, inductancias y capacitancias •

Auxíliese del profesor, para tomar el módulo de resistencias de la gaveta.

•

El módulo de resistencia variable está constituido por 3 secciones iguales; a su vez cada sección cuenta con 3 elementos resistivos de 1200, 600 y 300 Ω.

•

Cada resistencia cuenta con un interruptor:

•

Accionando el interruptor se conecta o desconecta la resistencia al circuito.

•

Al accionar 2 o 3 interruptores las resistencias quedan en paralelo.

Operación de los módulos de inductancia y capacitancia variables 12. Auxíliese del profesor, para tomar el módulo de reactancia inductiva y el módulo de reactancia capacitiva de la gaveta. Estos módulos están constituidos por 3 secciones de elementos inductivos y capacitivos respectivamente, sus valores están dados en términos de reactancias inductivas y capacitivas de 1200, 600 y 300 Ω, por lo que su funcionamiento es el mismo que el del módulo de resistencias variables. NOTA: ALGUNAS COMBINACIONES DE RESISTENCIAS, INDUCTANCIAS Y CAPACITANCIAS EN PARALELO PUEDEN CONSULTARSE EN LA SIGUIENTE TABLA.

58

RESISTENCIAS / REACTANCIAS TOTALES EQUIVALENTES QUE SE PUEDEN OBTENER CON LOS MÒDULOS EMS 8311, 8321 Y 8331.

VALORES EQUIVALENTES DE RESITENCIA / REACTANCIA

SEGUNDA SECCIÓN, INTERRUPTORES CERRADOS (EN PARALELO CON LA PRIMERA SECCIÓN)

PRIMERA SECCIÓN, INTERRUPTORES CERRADOS (EN PARALELO)

TERCERA SECCIÓN, INTERRUPTORES CERRADOS (EN PARALELO CON LA SEGUNDA SECCIÓN)

1,200 Ω

1,200

NINGUNO

NINGUNO

600 Ω

600

NINGUNO

NINGUNO

300 Ω

300

NINGUNO

NINGUNO

400 Ω

1,200 & 600

NINGUNO

NINGUNO

240 Ω

1,200 & 300

NINGUNO

NINGUNO

200 Ω

600 & 300

NINGUNO

NINGUNO

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

NINGUNO

171.4 Ω 150 Ω

1,200

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

133.33 Ω

600

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

120 Ω

300

600 & 300

NINGUNO

109.1 Ω

300

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

100 Ω

1,200 & 300

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

92.3 Ω

600 & 300

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

1,200 & 600 & 300

NINGUNO

85.7 Ω

1,200 & 600 & 300

80 Ω

1,200

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

75 Ω

600

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

70.6 Ω

300

600 & 300

1,200 & 600 & 300

66.7 Ω

300

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

63.1 Ω

1,200 & 300

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

1,200 & 600 & 300

60 Ω 57.1 Ω

600 & 300 1,200 & 600 & 300

59

NOTA: Se pueden usar muchas combinaciones en paralelo (además de éstas) para obtener los mismos valores equivalentes resistencia / reactancia aquí incluidos. CUESTIONARIO 1. ¿Cómo se clasifican las fuentes de voltaje de corriente alterna? 2. ¿cuál es la diferencia entre una fuente de voltaje de corriente alterna y una de corriente directa? 3. ¿Cuáles son las características de una fuente de alimentación de corriente alterna? 4. ¿Qué determina la cantidad de energía que puede suministrar una fuente de alimentación de corriente alterna? 5. Mencione cuales son los niveles de voltaje de corriente alterna que se utilizan para la transmisión distribución y suministro de energía eléctrica en México. 6. ¿Cuáles son los tipos y características de funcionamiento del amperímetro de corriente alterna? 7. ¿Cuáles son los tipos y características de funcionamiento del voltímetro en corriente alterna? 8. Indique cuál es la simbología normalizada que se usa para los siguientes elementos: fuente de voltaje, fuente de corriente, amperímetro, voltímetro. CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA (debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu, o de sociedades reconocidas).

60

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 8 ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN C.A. “FASORES”

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 61 CALIFICACION

PRÁCTICA 8. ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS EN C. A. “FASORES”

Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica.

OBJETIVOS • •

Estudiar el comportamiento de los circuitos eléctricos de C. A. usando fasores. Establecer el diagrama de impedancias.

INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla) • • •

Fasor. Defasamiento fasorial. Resistencia, inductancia y capacitancia en el dominio de la frecuencia -Impedancia, admitancia.

MATERIAL Y EQUIPO • • • • • • •

Modulo de fuente de energía ca. Módulo de voltímetro de ca Módulo de amperímetro de ca. Módulo de resistencias Modulo de inductancias Modulo de capacitancias Cables de conexión.

DESARROLLO: 1. 2. 3. 4.

Utilizando la fuente de alimentación variable, Arme el circuito de la figura 8.1. Ajuste la fuente de voltaje a 120 Vc.a. Coloque el valor de la resistencia a 300Ω y la reactancia a 600Ω. Mida y anote el valor de la corriente y de los voltajes respectivos.

62

Figura 8.1

I=___________

VR_____________

VL______________

5. Coloque la fuente de alimentación a cero volts y apáguela. 6. Repita los pasos 1 a 5 para el circuito de la figura 8.2.

Figura 8.2

I=___________

VR_____________

VC______________

63

7. Utilizando la fuente de alimentación variable, Arme el circuito de la figura 8.3. Coloque una reactancia inductiva y reactancia capacitiva de 300Ω respectivamente. 8. Ajuste la fuente de voltaje hasta que el amperímetro marque 1 Ampere y mida los voltajes respectivos.

Figura 8.3

V=___________

VL_____________

VC______________

9. Reduzca la fuente de alimentación a cero volts y apáguela. 10. Utilizando la fuente de alimentación variable, Arme el circuito de la figura 8.4

Figura 8.4

64

11. Ajuste la fuente de voltaje a 120 Vc.a. 12. Coloque los valores de la resistencia, reactancia inductiva y reactancia capacitiva de acuerdo a la tabla 8.1. Mida y anote el valor de la corriente y de los voltajes respectivos.

R (Ω)

XL (Ω)

XC (Ω)

63.1

75

133

92.3

150

57.1

75

80

57.1

150

60

60

I (A)

VR (V)

VL (V)

VC (V)

Tabla 8.1 13. Reduzca el voltaje a cero volts y apáguela. 14. Utilizando la fuente de alimentación variable, Arme el circuito de la figura 8.5. 15. Ajuste la fuente de alimentación a 120 Vc.a.

Figura 8.5

16. Coloque los valores de la resistencia, reactancia inductiva y reactancia capacitiva de acuerdo a la tabla 8.2. Mida y anote el valor de las corrientes respectivas.

65

R (Ω)

XL (Ω)

XC (Ω)

63.1

75

0

63.1

0

133.33

0

120

120

57.1

57.1

133.33

57.1

133.33

57.1

150

60

60

57.1

57.1

0

I (A)

IR (A)

IL (A)

IC (A)

Tabla 8.2. 17. Reduzca el voltaje a cero volts y apague la fuente de alimentación CUESTIONARIO 1. En la siguiente tabla coloque los resultados obtenidos de los circuito 8.1, 8.2 y 8.3 y compare sus resultados. Cto

Resultados

1

Teóricos

I (A)

V (V)

Simulados Medidos 2

Teóricos Simulados Medidos

3

Teóricos Simulados Medidos

66

V R (V)

V L (V)

V C (V)

2. Utilice los valores medidos de los circuitos de las figuras 8.1, 8.2 y 8.3 y determine el valor de la resistencia y reactancia inductiva y/o capacitiva, ¿son aproximadamente iguales a los valores utilizados con los calculados? 3. Calcule y dibuje el diagrama de impedancias de los circuitos de las figuras 8.1, 8.2 y 8.3 utilizando los valores sugeridos de resistencia y reactancia inductiva y/o capacitiva correspondiente. 4. Utilice los resultados teóricos de los circuitos de las figuras 8.1,8.2 y 8.3 y dibuje el diagrama fasorial correspondiente. 5. En la siguiente tabla coloque los resultados teóricos, simulados y medidos del circuito de la figura 8.4, compare sus resultados. Lectura R (Ω)

XL (Ω)

XC (Ω)

Resultados

I(A)

VR (V)

VL (V)

VC (V)

Teóricos 1

63.1 75

133

Simulados Medidos Teóricos

2

92.3 150 57.1 Simulados Medidos Teóricos

3

75

80

57.1 Simulados Medidos Teóricos

4

150

60

60

Simulados Medidos

6. Para cada lectura teórica: calcule la impedancia equivalente, admitancia equivalente, dibuje el diagrama de impedancias, diagrama de admitancias 67

7. Dibuje el diagrama fasorial con los resultados teóricos e indique si se encuentran e atraso o adelanto con respecto al voltaje de la fuente. 8. Para cada lectura teórica: calcule la impedancia equivalente, admitancia equivalente, dibuje el diagrama de impedancias, diagrama de admitancias 9. Dibuje el diagrama fasorial con los resultados teóricos e indique si se encuentran e atraso o adelanto con respecto al voltaje de la fuente.

Lectura R (Ω)

XL (Ω)

XC (Ω)

Resultados I(A)

Teóricos 1

63.1

75

0

Simulados Medidos Teóricos

2

63.1

0

133.33 Simulados Medidos Teóricos

3

0

120

120

Simulados Medidos Teóricos

4

57.1

57.1

133.33 Simulados Medidos Teóricos

5

57.1

133. 33

57.1

Simulados Medidos

68

I R (A)

I L (A)

I C (A)

Teóricos 6

150

60

60

Simulados Medidos Teóricos

7

57.1

57.1

0

Simulados Medidos

10. Exprese los fasores de cada lectura teórica en el dominio del tiempo. 11. Dibuje el diagrama fasorial con los resultados teóricos e indique si se encuentran e

atraso o adelanto con respecto al voltaje de la fuente 12. Exprese los fasores de cada lectura teorica en el dominio del tiempo. 13. Defina que es un fasor. 14. La resistencia, inductancia y capacitancia como se ven afectada por la frecuencia.

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA (debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu, o de sociedades reconocidas).

69

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA LABORATORIO DE: ANALISIS DE CIRCUITOS ELÈCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________ PRÁCTICA NO. 9 POTENCIA MONOFÁSICA

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _____________________

CALIFICACION 70

PRACTICA 9. POTENCIA MONOFÁSICA Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica. OBJETIVOS: • •

Diferenciar los conceptos de potencia en un circuito de ca. Aprender el uso del wattmetro

INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla). •

Potencia en corriente alterna

•

Relación entre la potencia real, reactiva y aparente

MATERIAL Y EQUIPO • • • • •

Módulo de fuente de alimentación de C.A. Módulo de medición de C.A. Módulo de wattmetro monofásico (750 w). Módulo de Resistencias, Inductancias y Capacitancias. Cables de Conexión.

DESARROLLO: 1.- Usando los módulos necesarios, arme el circuito ilustrado en la figura 9.1.

71

FIGURA 9.1

Circuito

R (Ω)

XL (Ω)

XC (Ω)

1

63.1

75

133

2

92.3

150

57.1

3

75

80

57.1

4

150

60

60

I (A)

V (V)

P(W)

Tabla 9.1

2. Coloque los valores de indicados en la tabla 9.1, fila 1. 3. Conecte la fuente de alimentación y ajuste aun voltaje de 120 volts 4. Mida y anote los valores de I, V, P en la tabla 9.1. 5. Apague la fuente de alimentación. 6. Repita los pasos 2 a 5 para las demás filas. 7. Usando los módulos necesarios, arme el circuito paralelo ilustrado en la figura 9.2.

8. Coloque los valores de indicados en la tabla 9.2, fila 1.

72

Circuito

R (Ω)

XL (Ω)

XC (Ω)

1

63.1

75

0

2

63.1

0

133.3

3

0

120

120

4

57.1

57.1

133.3

5

57.1

133.33

57.1

6

150

60

60

7

57.1

57.1

0

I (A)

V (V)

P(W)

Tabla 9.2

9. Conecte la fuente de alimentación y ajuste aun voltaje de 120 volts 10. Mida y anote los valores de I, V, P en la tabla 9.1. 11. Apague la fuente de alimentación. 12. Repita los pasos 2 a 5 para las demás filas. 13. Desconecte el circuito.

CUESTIONARIO 1. En la siguiente tabla coloque los resultados obtenidos teóricos, simulados y medidos del circuito de la figura 9.1 y Realice sus comentarios.

Cto

Resultados

1

Teóricos

I (A)

Simulados Medidos 2

Teóricos 73

V (V)

P (W)

Simulados Medidos 3

Teóricos Simulados Medidos

2. Con los valores medidos en cada circuito calcule la potencia aparente, potencia reactiva y el ángulo correspondiente, Trace el triángulo de potencias respectivas. 3. Trace el triángulo de potencia de cada circuito. 4. Calcule el factor de potencia en cada circuito indicando si se encuentra en adelanto o en atraso. 5. En la siguiente tabla coloque los resultados obtenidos teóricos, simulados y medidos del circuito de la figura 9.2 y Realice sus comentarios.

74

6. Con los valores medidos en cada circuito calcule la potencia aparente, potencia reactiva y el ángulo correspondiente, Trace el triángulo de potencias respectivas. 7. Trace el triángulo de potencia de cada circuito. 8. Calcule el factor de potencia en cada circuito indicando si se encuentra en adelanto o en atraso. CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFÍA (Debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu o de sociedades reconocidas).

75

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 10 CORRECIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 76 CALIFICACION

PRACTICA 10. CORECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica.

INTRODUCCIÓN: Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla) • •

Factor de Potencia Corrección de factor de potencia

OBJETIVOS • • •

Entender cómo se relaciona la potencia real, la potencia reactiva y potencia aparente. Analizar el comportamiento del factor de potencia de un motor capacitor con marcha Corregir el factor de potencia de un motor capacitor con marcha.

MATERIAL Y EQUIPO

• • • • • • • •

Modulo de fuente de energía. Modulo de medición de c.a. Modulo de capacitancias (2). Modulo wattmetro monofásico Cables de conexión. Motor capacitor con marcha. Tacómetro Digital. Electrodinamómetro.

DESARROLLO: 1.- Conecte el circuito de la figura 10.1. 2.- Por medio de la banda acople el motor capacitor de marcha al electrodinamómetro. 77

3.- Gire la perilla del electrodinamómetro en el sentido antihorario hasta su posición extrema con la finalidad de tener 0 lb-in (en la parte inferior del electrodinamómetro se visualiza la aguja que indica el par) 4.- Encienda la fuente de alimentación. 5.- Realice las mediciones que se indican en la tabla 10.1.

FIGURA 10.1

T lb-in

V

I

P

S

(Volts)

(Ampere)

(Watts)

(RPM)

0 3 6 9 12 Tabla 10.1. 78

6.- Reduzca lentamente el par a cero lb-in. 7.- Apague la fuente de alimentación 8.- Alambre en paralelo los dos módulos de capacitancias y conéctelos en paralelo al motor con condensador de arranque como se muestra en el circuito de la figura 10.2. 9.- Encienda la fuente de alimentación. 10.- Fije el par a 9 lb- in 11.- Coloque el valor de la reactancia capacitiva según indique la tabla 10.2 y realice sus mediciones.

FIGURA 10.2

79

Xc

V

I

P

S

(Volts) (Ampere) (Watts) (RPM) 0 171.4 85.7 57.1 42.83

12. Reduzca lentamente el electrodinamómetro a 0 lb-in y apague la fuente de alimentación. 13. Desconecte el equipo y colóquelo en su lugar.

CUESTIONARIO

1.- Con los datos obtenidos de la tabla 10.1, para cada par: a) b) c) d)

Calcule la Potencia aparente. Calcule la Potencia reactiva. Calcule el Factor de potencia. Dibuje el triángulo de potencias

2.- Comente que sucede con los siguientes parámetros al incrementar el par. a) b) c) d)

La potencia aparente, ¿Por qué? La potencia reactiva, ¿Por qué? Factor de potencia, ¿Por qué? La velocidad, ¿Por qué?

80

3.- Con los datos obtenidos de la tabla 10.2, para cada valor de reactancia capacitiva: a) b) c) d)

Calcule la potencia aparente Calcule potencia reactiva Calcule el factor de potencia Dibuje el triángulo de potencias

4.- Comente que sucede con los siguientes parámetros al incrementar la reactancia capacitiva.

• • • •

La potencia aparente, ¿Por qué? La potencia reactiva, ¿Por qué? Factor de potencia, ¿Por qué? La velocidad, ¿Por qué?

CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFÍA (debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu, o de sociedades reconocidas).

81

LEY DE OHM- LE DE JOULEUNIVERSIDAD NACIONAL

AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE: ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

GRUPO: _______ PROFESOR___________________________________________

ALUMNO____________________________________________

PRÁCTICA NO. 11 SISTEMAS TRIFÁSICOS

FECHA DE ELABORACIÓN

FECHA DE ENTREGA

____________________________________

________________________________

SEMESTRE 2014-II _______________________ 82

CALIFICACION

PRACTICA 11. SISTEMAS TRIFÁSICOS Para tener derecho a la sesión es necesario traer los cálculos teóricos y la simulación de los circuitos a realizarse experimentalmente, en caso de no presentarlos no se permitirá que el alumno realice la práctica. INTRODUCCIÓN Temas a desarrollar (mínimo una cuartilla). • Características de los circuitos trifásicos • Conexiones de circuitos trifásicos (delta, estrella) • Análisis de las variables eléctricas en circuitos trifásicos OBJETIVOS • • •

Analizar el comportamiento del voltaje y la corriente en un circuito trifásico. Aprender cómo se efectúan las conexiones en delta y en estrella. Analizar las variables eléctricas de un sistema trifásico.

MATERIAL Y EQUIPO: • • • • • •

Módulo de fuente de alimentación trifásica. Modulo Analizador de energía. Módulo de medición de voltaje y corriente. Módulo de resistencias, módulo de inductancias y módulo de capacitancias. Motor síncrono. Cables de conexión.

DESARROLLO: 1. CONEXIÓN EN ESTRELLA 1.1. Conecte el circuito de la figura 11.l utilizando el módulo de resistencias. Ajuste cada sección de resistencias a 400 Ω y con un voltaje de alimentación de 208 Vca (voltaje de línea), mida y anote los voltajes y las corrientes indicadas en la tabla 11.1 y 11.2

83

Ia 4

VL Ib

5 Vb VL

N

Va VL

Vc 6 Ic

Figura 11.1 Nota: El punto N es el punto común de la conexión en estrella. No se refiera al neutro de la fuente.

𝑉𝑎

𝑉𝑅 [𝑉]

𝑉𝐿 [𝑉]

𝑉𝐶 [𝑉]

𝐼𝐿 [𝐴]

𝐼𝐶 [𝐴]

𝑉𝑏 𝑉𝑐

𝐿í𝑛𝑒𝑎 4 𝐿í𝑛𝑒𝑎 5 𝐿í𝑛𝑒𝑎 6

Tabla 11.1 𝐼𝑅 [𝐴]

Tabla 11.2

1.2. Repita el procedimiento anterior sustituyendo el módulo de resistencias por el módulo de inductancias, y posteriormente, con el módulo de capacitancias. Mida y anote los voltajes y las corrientes indicadas en la tabla 11.1 y 11.2. Comente sus observaciones. 2. CONEXIÓN DELTA 2.1. Conecte el circuito de la figura 11.2 usando el módulo de resistencias. Ajuste cada sección de resistencias a 400 Ω, con un voltaje de alimentación de 120 Vca. (Voltaje de línea), mida y anote los valores de voltaje y corriente indicados en la tabla 11.3 y 11.4 respectivamente.

84

Figura 11.2

𝑉4−5

𝑉𝑅 [𝑉]

𝑉𝐿 [𝑉]

𝑉𝐶 [𝑉]

𝐼𝐿 [𝐴]

𝐼𝐶 [𝐴]

𝑉5−6 𝑉4−6

𝐼𝑎 𝐼𝑏

Tabla 11.3 𝐼𝑅 [𝐴]

𝐼𝑐

Tabla 11.4

2.2. Repita el procedimiento anterior sustituyendo el módulo de resistencias por el módulo de inductancias, y posteriormente, con el módulo de capacitancias. Mida y anote los valores de voltaje y corriente indicados en la tabla 11.3 y 11.4 respectivamente. Comente sus resultados. 3. POTENCIA TRIFÁSICA 3.1 Conecte el circuito de la figura 11.3 utilizando los módulos que se requieran según la tabla 11.5 (resistencias, inductancias y capacitancias). El valor de la impedancia de fase (Z f ) está indicada en la misma tabla. 85

Verifique que los interruptores de los módulos de resistencia, inductancia y capacitancia estén abiertos. 3.2 Encienda la fuente de alimentación.

1

Zf

208 Vc. a.

2

Zf 208 Vc. a.

Zf 3 1 N

Figura 11.3

3.3 Después de encender la fuente de alimentación, verifique que la pantalla del analizador de energía muestre los valores de V A B , V B C y la frecuencia. Pulse el botón cuantas veces sea necesario para visualizar la información SET/ENT que se solicita en la tabla 11.5. Nota: el factor de potencia menor a 0.4 no lo índica el analizador. . 3.4 Apague la fuente de alimentación 3.5 Coloque el valor de Z f de acuerdo a la tabla 11.5. Encienda la fuente de alimentación, mida los valores que se piden y regístrelos en la tabla. 3.6 Apague la fuente de alimentación. 3.7 Conecte el Motor síncrono como motor de inducción. Para ello debe cortocircuitar las terminales 4, 5 y 6, y conectar las fases A, B y C en las terminales 1, 2 y 3 respectivamente. Mida los valores que se piden en la tabla 8.5 y regístrelos en la misma. Nota: el motor síncrono trabaja como motor de inducción. 86

3.8 Apague la fuente de alimentación.

Zf (Ω)

f.p (V)

(V)

P3φ

Q3φ

S3φ

(W)

(VAR)

(VA)

(A)

Tabla 11.5

Zf (Ω)

f.p (V)

(V)

P3φ

Q3φ

S3φ

(W)

(VAR)

(VA)

3.9 Conecte el circuito de la figura 11.4

87

(A)

(A)

(A)

4

120 Vc. a.

Zf

5

Zf

120 Vc. a.

Zf

6 1 N

Figura 11.4 3.10 Repita el procedimiento a partir del punto 3.5 hasta 3.8. Registre los datos obtenidos en la tabla 11.6. Nota: Para realizar la conexión del motor síncrono en delta, conecte las terminales 4 con 2, 5 con 3, y 1 con 6. Alimente en las terminales 1, 2 y 3. Zf (Ω)

f.p (V)

(V)

P3φ

Q3φ

S3φ

(W)

(VAR)

(VA)

(A)

(A)

Tabla 11.6

3.11 Conecte la maquina síncrona como motor de inducción, no olvide que es necesario primero realizar la conexión del Medidor de energía (Yokogawa). Posteriormente acople el electrodinamómetro. Registre las mediciones requeridas en la tabla 11.7. 88

Zf (Ω)

f.p (V)

(V)

P3φ

Q3φ

S3φ

(W)

(VAR)

(VA)

(A)

(A)

Tabla 11.7

CUESTIONARIO: 1. En las conexiones estrella y delta, determinar en forma teórica los valores de voltajes como las corrientes correspondientes. 2. ¿Concuerdan los valores teóricos con los valores medidos? Realice sus comentarios. 3.

Se cumple la relación de 1.73 entre los valores de fase respecto a los valores de línea.

4.

Establezca el triángulo de potencias así como la representación fasorial de los voltajes y de las corrientes en cada una de las cargas indicadas en la tabla 11.5.

89

5. Establezca el triángulo de potencias así como la representación fasorial de los voltajes y de las corrientes en cada una de las cargas indicadas en la tabla 11.6. 6.

En un circuito conectado en estrella, el voltaje de línea a línea es de 1000 Vca ¿Cuál es el valor del voltaje de línea a neutro?

7. En un circuito conectado en delta, la corriente de fase es de 20 A, ¿Cuál es la corriente de línea? 8.

En un circuito conectado en estrella, la corriente de fase es de 10 A, ¿Cuál será el valor de la corriente de línea?

9. Tres cargas conectadas en estrella con una resistencia igual a 10 Ω cada una disipa una potencia total de 3000 W. Calcular el voltaje de alimentación de la carga (voltaje de línea a línea). 10. Se conectan tres resistencias de 12 Ω en delta a un voltaje de línea de 440 V c. a. ¿Cuál es el valor de la corriente de línea? 11. Determinar la potencia trifásica del punto anterior. 12. Explique el funcionamiento de medición de la potencia activa (watts) por el método de los dos y tres wattmetros. 13. Explique el funcionamiento del Varmetro trifásico. 14. ¿Es afectada la potencia real cuando se conectan cargas reactivas? ¿Porque? 15. Cuando se conecta y desconecta una carga resistiva conectada en paralelo con otra carga reactiva ¿Se interrumpe la energía?

CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFÍA (debe de ser de libros de texto o páginas electrónicas con extensión .edu, o de sociedades reconocidas).

90