Gráfica R - L 9 PARAMETROS R-L-C EN...Al finalizar la presente practica estaremos en condiciones...

LABORATORIO No 9

PARAMETROS R-L-C EN CONEXIÓN SERIE Y PARALELO

9.1. OBJETIVO GENERAL. Al finalizar la presente practica estaremos en condiciones optimas para identificar, analizar, evaluar, concluir y encarar con mucha solvencia técnica la operación de Sistemas eléctricos y Electrónicos, en el que se encuentren involucrados parámetros R. L-C en Conexión Serie y en Conexión Paralelo. 9.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Tras alcanzar el objetivo general, deberemos conocer los siguientes parámetros eléctricos involucrados: - Diagramación Senoidal de Tensiones y Corrientes - Diagramación Fasorial de Tensiones y Corrientes - Tensiones en cada arreglo de parámetros - Corrientes en cada arreglo de parámetros - Cuantificación de la Tensión y Corriente de Alimentación - Determinación del desfase de cada arreglo - Circuito predominantente activo, reactivo en adelanto o retraso - Rangos de resonancia serie y paralelo - Frecuencia resonante - Corriente y tensión resonante - Sobré tensión resonante - Sobrecorriente resonante - Importancia del Coeficiente de Autoinducción - Núcleo Magnético - Sobrefrecuencia 9.3. PUNTUALIZACIONES TEÓRICAS. 9.3.1. CONEXIÓN SERIE.

CONEXIÓN R-L.

V

R XL

DIAGRAMA SENOIDAL.

Gráfica R - L

R(t) V(t)

I(t)

L(t)

DIAGRAMA FASORIAL.

PR

VR

R

ZXVXL

φXL

φ

VL

S

Representación vectorial de Tensiones, Resistencias, Potencias. ECUACIONES CARACTERÍSTICAS

CONEXIÓN R-C

V

R XC

DIAGRAMA SENOIDAL

Gráfica R - C

R(t)

V(t)

I(t)

C(t)

DIAGRAMA FASORIAL.

PR

VR

R

ZXVXC

φXC

φ

VZ

S

Representación fasorial de Tensiones, Impedancias, Potencias ECUACIONES CARACTERÍSTICAS.

CONEXIÓN L-C.

V

XC

XL

DIAGRAMA SENOIDAL.

Gráfica L - C

L(t) V(t)

I(t)

C(t)

DIAGRAMA FASORIAL.

φ

XC

XL

Representación vectorial de las Resistencias

ECUACIONES CARACTERÍSTICAS.

VXC = I.XC XC = I2.XC

VXL = I.XL XL = I2.XL

1. Reactancia inductiva mayor que la reactancia capacitiva (XL > XC)

X = XL - XC VX = VXL - VXC X =

XL - XC

2. Reactancia capacitiva mayor que la reactancia inductiva (XC > XL)

X = XC - XL VX = VXC - VXL X =

XC - XL

CONEXIÓN R - L – C.

V

XC

XL

R

DIAGRAMA SENOIDAL.

Gráfica R - L - C

L(t)V(t)

I(t)

C(t)R(t)

DIAGRAMA FASORIAL Reactancia inductiva mayor que la reactancia capacitiva (XL> XC)

PR

VR

R

VXL

φXL

φXC

VXC

XC

XL


9.3.2. CONEXIÓN PARALELO.

CIRCUITO R - L.

CIRCUITO DE ANÁLISIS.

V R XL

I

IR

IXL

DIAGRAMA FASORIAL.

P

IR

Gφ

Y

I

s

YL

ILQ

L

DIAGRAMA SENOIDAL.

XR

L

jPS

XRZ

f

LX

22

22

..2

.

R

X

R

X

XR

CL

C

PV

V

R

XTg

jVVV

XXX

CX

22

2

.

.

1

V

IR

IXL

I(t)

t


CIRCUITO R - C.

CIRCUITO DE ANÁLISIS.

V R XC

I

IR

IXC

DIAGRAMA FASORIAL.

P

IR

G

φY

I

s

YC

ICQ

C

DIAGRAMA SENOIDAL.

V

IR

IXC

I(t)

t


CIRCUITO L - C. CIRCUITO DE ANÁLISIS.

V XL

XC

I

IXC

IXL

DIAGRAMAS FASORIALES. YC > YL YL > YC YC = YL

DIAGRAMA SENOIDAL

V

I

IXL

I(t)

t

IXL


CIRCUITO R- L- C. CIRCUITO DE ANÁLISIS.

V XL

XC

I

IXC

IXL

IR

R

DIAGRAMAS FASORIALES.

o YC > YL

o YL > YC

o YL = YC


DIAGRAMA SENOIDAL.

V IL

Ia

I(t)

t

IXL

9.4. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR.

CARGA CARGA RESISTIVA

CARGA INDUCTIVA

CARGA INDUCTIVA

CARACTERÍSTICAS

Lámparas Incandescentes:

Potencia: 200 W

Tensión: 220 V

6 Unidades ( 2/fase)

Bobina:

2.5 A

220 V

2.5 Ω

500 ESPIRAS

Bobina:

1 A

220 V

5.6 Ω

640 ESPIRAS

CARGA CARGA CAPACITIVA

CARGA

INDUCTIVA

CARGA CAPACITIVA

CARACTERÍSTICAS

Capacitor Monofásico:

Capacidad: 40 μF

Tensión: 380 V

Potencia: 1800 –

1900 VA

Frecuencia: 50-60 Hz

Bobina:

1.5 A

220 V

10.5 Ω

1000

ESPIRAS

Capacitor Monofásico:

Capacidad: 24 μF

Tensión: 380 V

Frecuencia: 50-60

Hz

Potencia: 1100 –

1200 VA

EQUIPOS DE

MEDICIÓN,

MATERIAL Y

ACCESORIOS

Fuente de Alimentación 380 V, 4 Hilos (Tres fases + Neutro)

Transformador de Potencial, Relación 60:1

Osciloscopio de Dos Canales

Analizador de Redes

Multímetro Electrónico, parámetros requeridas, Voltaje, escala 600 V;

Corriente, Shunt Amperimétrico 20 A ; Óhmetro, escala 200 Ω Pinza Amperimétrica, Escala 20 A

Calculadora Científica

Chicotillos con terminales tipo Tenaza, Banana, Mixto con y sin derivación

Alicates: de Fuerza, de Punta, de Corte

Destornilladores: Plano y Estrella

Pelacable

8.4. CIRCUITO DE ANÁLISIS. 8.4.1. CONEXIÓN SERIE.

Conexión R - L - C

V

XC

XL

R

CRO

Conexión R - L

V

XL

R

CRO

Conexión R - C

V

XC

R

CRO

Conexión L - C

V

XC

XL

CRO

9.4.2. CONEXIÓN PARALELO.

Circuito R - L.

V XL

R

A A

A

V

CRO

1Ω

Circuito R - C.

V R

A A

A

V

CRO

1Ω

XC

Circuito L - C.

V

A A

A

V

CRO

1Ω

XC

XL

Circuito R - L - C.

9.5. EJECUCIÓN. Seleccionar cada uno de los dispositivos e instrumentos medición involucrados en esta practica de acuerdo a los diferentes circuitos de análisis. Circuito R - L: - Conectar lámparas incandescentes con bobinas. Junto a la resistencia de un ohmio del osciloscopio y cerrar el circuito con la red de 220 voltios. - Definir si el arreglo será predominantemente activo o reactivo, teniendo el

cuidado de no interrumpir el circuito para proteger al osciloscopio contra corrientes de magnetización.

- Tomas datos de tensión, corriente de alimentación y potencia visualice la forma de onda en el osciloscopio y copie fielmente esta forma de onda. - Practicar en la mesa con este arreglo para una posterior conclusión. Circuito R - C:

V

A A

A

V

CRO

1Ω

XCX

LR

A

- Al igual que el anterior arreglo sólo intercámbiese C por L. - Levante registros de tensión en C en R, tensión de alimentación y copie la forma del arreglo. - Practique en este arreglo y sera la operación de este circuito bajo diferentes condiciones de trabajo que le servirá para posteriormente concluir. Circuito L - C: - Conecte el circuito tal se muestra en el circuito de análisis. - Conecte a la red y lea con un voltímetro las caídas de tensión, tanto en la bobina con en el condensador, complete la lectura de tensión con la alimentación. - Lea con un amperímetro la corriente de alimentación, potencia consumida por

ellos, copie la forma de onda resultante. Este arreglo tiene particularidades de Xc > XL. Tenga cuidado, las tensiones son muy grandes.

- Para obtener la otra conclusión XL > Xc solo baje la tensión de la fuente y conecte una bobina de mayor de cantidad de espiras. - Registre los datos aquí existentes siempre con el cuidado de no superar en modulo a la tensión de la fuente copie la forma de onda. - Para obtener Xc > XL siga bajando la tensión de alimentación hasta por lo menos 35 voltios. - Levante registro de tensión, corriente, potencia y copie la forma de onda a este arreglo para una posterior conclusión. - Practique con mucho cuidado en este arreglo porque la sobre tensión existente puede dañar los equipos e instrumentos de visualización y medición por el comportamiento peligrosamente reactivo. Circuito R - L - C: - Conecte en serie al anterior circuito una resistencia y aplique al mismo 220 de tensión de la red. - Lea la tensión de los tres parámetros y la corriente de alimentación visualice la forma de onda en este arreglo. - Leer los datos para cuando Xc > XL, Xc > XL, Xc = XL. - La lectura de los datos en este caso es muy simple, guarde los mismos para una evaluación posterior. Tome en cuenta que este arreglo no se produce sobre tensiones peligrosas. - Practique con este arreglo haciendo el circuito predominantemente activo, reactivo inductivo y reactivo capacitivo, observe las caídas de tensión en 1, R y C y las diferentes corrientes de alimentación, visualice para cada uno la forma de onda

característica, cuyos datos nos servirán para concluir sobre la operación de los parámetros R - L - C en la conexión serie. 8.6. LECTURA DE DATOS. 8.6.1. CONEXIÓN SERIE.

Conexión R-L:

CONEXIÓN TENSIÓN V CORRIENTE

A RESISTENCIA REACTANCIA IMPEDANCIA COS POTENCIA

W

R

L

TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN

Conexión R-C:

CONEXIÓN TENSIÓN V CORRIENTE A RESISTENCIA REACTANCIA IMPEDANCIA COS POTENCIA W

R

C

TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN

CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN Conexión L-C:

CONEXIÓN TENSIÓN V CORRIENTE A RESISTENCIA REACTANCIA IMPEDANCIA COS

L

C



L

C


CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN


L

C



Conexión R-L-C:

CONEXIÓN TENSIÓN V CORRIENTE A

RESISTENCIA REACTANCIA IMPEDANCIA COS POTENCIA W

R L

C





R

L

C




W

R

L

C


Conexión R-L:



W

R

L



Conexión R-C:



W

R

C


Conexión L-C:


L

C




L

C




L

C


Conexión R-L-C:

CONEXIÓN TENSIÓN V CORRIENTE A RESISTENCIA REACTANCIA IMPEDANCIA COS POTENCIA W

R L

C




W

R

L

C




R L

C


CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN 9.7. CUESTIONARIO.

1. Realice un diagrama senoidal de cada uno de los circuitos a escala. 2. Realice un análisis justificativo de los valores lecturados y encuentre los errores respectivos 3. Encuentre la ecuación de las formas de onda visualizadas en el osciloscopio, en forma aproximada, conexiones RL, RC, LC, RLC y todos sus casos.. 4. Encuentre fasorialmente, la tensión de alimentación en todas las conexiones experimentadas, vale decir, RL, RC, LC, RLC y todos sus casos. 5. En función a que varia la inductancia (operativamente y en diseño). 6. A que se denomina capacitancia y en función a que varia?

9.8. CONCLUSIONES. Realizando la practica presente podemos realizar las siguientes puntualizaciones en base a lo practicado. - R - L:

- Es un arreglo bastante real que puede representarse mediante cualquier carga equivalente en un sistema eléctrico de potencia.

- Si el arreglo es predominantemente inductivo, vale decir, VL > VR entonces la

forma de onda es no senoidad y el factor de potencia es pequeño y el consumo de potencia activa es mínimo.

- Si el arreglo es predominantemente inductivo, vale decir, , VR > VL la forma de

onda es no senoidal y el factor de potencia mayor y el consumo de potencia activa mayor.

- La corriente de este arreglo esta limitando por la lámpara incandescente (resistencia), si es uno solo la corriente máxima será 0.9 [A] esto quiere decir para cualquier posición del circuito magnético.

- R - C:

- Este arreglo serie L - C es el más complejo eléctricamente hablando, porque su comportamiento en el extremo magnético o eléctrico y medianamente electromagnético es difícil de obtener por la dependencia directa de las características constructivas, tanto de la bobina (sección del circuito magnético, número de espiras, longitud del circuito magnético), como del condensador (distancia entre placas, permitividad, potencia, tensión, espacidad).

- La característica de esta conexión es la sobre tensión que alcanza las 10

veces la tensión nominal de alimentación en algunos casos, fundón de la magnitud reactancia.

- La forma de onda aquí visualizada es predominantemente reactivo propia de

la sobre saturación del circuito magnético.

- Cuando XL > XC. Existe predominio de la tensión es la bobina y factor de potenciales en retraso, ocurriendo lo contrario cuando XC > XL, bajo esta condición, la forma de onda es de características magnética, sinónimo de sobre tensión en la bobina, esta opción en la practica se logra con sobre tensiones apreciables.

- Cuando XL > XC, existe un predominio aparente del campo eléctrico sobre el

campo magneto, sin embargo, el predominio de la forma de onda es magnético y no así eléctrico esto por la sobre tensión en la bobina.

- Cuando XL = XC, aparentemente la forma de onda es senoidal y la tensión

igual a cero, sin embargo esto no ocurre porque la fuente no es cero, lo que pasa es que la tensión de la bobina y el condensador son netamente no senoidales y cuyos armónicos se llegará a restar y solo existe la fundamental, es decir la tensión del fuete, obtener esta condición es altamente moroso por las obre tensión reactiva tanto en L como en C.

- R - L - C:

- Esta conexión es la más pasiva que la anterior por la existencia de la

resistencia que amortigua cualquier operación compleja de la parte reactiva. En este circuito la resistencia no permite la sobre tensión excesiva por la limitación de corriente que presenta al arreglo.

- Cuando XL > XC: La forma de onda es predominantemente del campo

magnético y el factor de potencia en retraso. - Cuando XC > XL: La forma de onda es predominantemente del campo

eléctrico y el factor de potencia en adelanto. - Cuando XC = XL: El circuito se encuentra en resonancia y la tensión de la

fuente debería ver la misma en la resistencia, pero esto no ocurre, por la existencia de armónicos en el arreglo.

7. Bibliografía. Circuitos Magnéticos y transformadores E. E. Staff – M. I. T. Matemática para Ingeniería y Ciencias Bajpay - Calus - Fairley

Análisis básico de circuitos eléctricos David E. Jonson Análisis de Circuitos en Ingeniería Kemmerly Fundamentos de Circuitos Electricos Sadiku-Alexander Circuitos Eléctricos Dorf-svoboda Redes Eléctricas Balabanian Circuitos eléctricos I Ing. Gustavo Nava Circuitos Eléctricos Laboratorio Oscar Anave León Electrotecnia Curso Básico GTZ

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