VALORES CARACTERISTICOS DE LAS ONDAS SENOIDALES

I. OBJETIVO:

Analizar y determinar en forma experimental los valores medios y eficaces en un circuito de C.A. resistivo, con rectificador de media onda y con rectificador de onda completa. Conocer los instrumentos que miden estos valores (valor medio y valor eficaz). Verificar el valor de la frecuencia (60 Hz).

II. MARCO TEÓRICO:

La Onda Senoidal: La onda senoidal es el tipo más común de señal alterna. El servicio de energía provisto por las compañías que generan electricidad está en forma senoidal. La siguiente figura muestra una señal senoidal.Como se puede notar una señal senoidal alterna entre valores positivos y negativos. Si un voltaje senoidal es aplicado a un circuito resistivo, resulta una corriente senoidal. Cuando el voltaje cambia de polaridad, la corriente cambia de dirección. Vamos a examinar algunas características de la señal senoidal:

- Periodo (T): se define como el tiempo que le toma a la señal completar un ciclo completo. Es siempre un valor fijo para una señal senoidal.

- Frecuencia (f): es la inversa del periodo. Se mide en Hz. Un Hz equivale a un ciclo por segundo.

- Valor pico (Vp): es el valor del voltaje o la corriente en el máximo positivo o negativo con respecto a cero.

- Valor pico a pico (Vpp): es el valor de voltaje o de corriente entre los puntos máximo y mínimo. Es el doble del valor pico.

- Valor rms: El término rms se refiere a "root-mean-square". En ocasiones también nos referimos a él como valor efectivo. Es igual al voltaje dc que produce la misma cantidad de calor en una resistencia que el voltaje senoidal. El valor pico de una señal senoidal puede ser convertido a rms usando la siguiente relación: Vrms = 0.707 Vp. Todos los instrumentos que miden alguna magnitud eléctrica de corriente alterna nos indican el valor eficaz de la onda de dicha magnitud.

-- Valor promedio: es el área bajo la curva dividido entre la distancia de la curva a lo

largo del eje horizontal. También se le llama valor dc.

MEDIDA DE VOLTAJES

Generalmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en voltios, entre dos puntos de un circuito. Los voltajes pueden también medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Es muy importante que especifiquemos al realizar una medida que tipo de voltaje estamos midiendo.

El osciloscopio es un dispositivo para medir el voltaje de forma directa. Otros medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo, la de la intensidad ó la potencia).

En la figura anterior se ha señalado el valor de pico Vp, el valor de pico a pico Vpp, normalmente el doble de Vp y el valor eficaz Vef ó VRMS (root-mean-square, es decir la raíz de la media de los valores instantáneos elevados al cuadrado) utilizada para calcular la potencia de la señal CA.

Realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es fácil, simplemente se trata de contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla.

Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar las subdivisiones de la rejilla para realizar una medida más precisa. (recordar que una subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo que represente una división completa). Es importante que la señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el.

Algunos osciloscopios poseen en la pantalla un cursor que permite tomar las medidas de tensión sin contar el número de divisiones que ocupa la señal. Básicamente el cursor son dos líneas horizontales para la medida de voltajes y dos líneas verticales para la medida de tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla. La medida se visualiza de forma automática en la pantalla del osciloscopio.

MEDIDA DE TIEMPO Y FRECUENCIA

Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio. Esto incluye la medida de periodos, anchura de impulsos y tiempo de subida y bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, la medida de tiempos será más precisa si el tiempo objeto de medida ocupa la mayor parte de la pantalla, para ello actuaremos sobre el rango del tiempo. Si centramos la señal utilizando el mando de Move podemos utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa.

III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

- 01 Osciloscopio

- 01 Variac monofásico

- 01 Voltímetro

- 01 Multímetro

- Conductores para conexiones

IV. ACTIVIDADES:

a) Armar el circuito de la figura adjunta

b) Calibrar el osciloscopio para ser usado como voltímetro, y luego variando la tensión de salida del variac monofásico para diferentes magnitudes de tensión, entre 0 y 220 voltios.

c) Variando la tensión del variac monofásico, medir la tensión en el voltímetro y en el osciloscopio para un juego de 20 valores.

N.-V voltímetro Vpico Vpico-pico Veficaz Vmedio periodo Frecuencia

1 20.1 27.8 54.4 19.52 0.02 16 602 40.1 54 108 38.18 0.001 16.5 603 60.3 80 161 56.56 0 16.5 604 80 108 216 76.37 0 16.5 605 100 135 270 95.46 0 16.5 606 120.2 162 324 114.55 0 16.5 607 140.3 191 382 135.06 0 16.5 608 160.1 216 432 152.74 0 16.5 609 180.4 244 488 172.53 0 16.5 60

10 200 268 536 189.5 0 16.5 6011 220 297 594 210.01 0 16.5 60

V. CUESTIONARIO

1. ¿Qué es el valor eficaz de una onda y como se determina?

En electricidad y electrónica, en corriente alterna, el valor cuadrático medio (en inglés root mean square, abreviado RMS o rms), de una corriente variable es denominado valor eficaz. Se define como el valor de una corriente rigurosamente constante (corriente continua) que al circular por una determinada resistencia óhmica pura produce los mismos efectos caloríficos ( igual potencia disipada) que dicha corriente variable (corriente alterna). De esa forma una corriente eficaz es capaz de producir el mismo trabajo que su valor en corriente directa o continua. Como se podrá observar derivado de las ecuaciones siguientes, el valor eficaz es independiente de la frecuencia o periodo de la señal.

2. ¿Qué es el valor medio de un onda y como se determina?

Es igual a la suma de todos sus valores dividida entre el número de sumandos. Expresándolo de otra manera sera la cantidad total de la variable distribuida a partes iguales entre cada observación. El valor medio se obtiene integrando los valores instantáneos de la tensión, durante un semiperiodo. Para la onda senoidal, el valor medio es igual al de pico multiplicado por 2 y dividido por PI. El valor medio se aplica siempre a un semiperiodo, ya que el valor medio de un periodo completo es Cero, porque ambas polaridades (postiva y negativa) de la onda se anulan entre si.

3. ¿Qué es el valor pico de una onda variable?

Se denomina valor de pico (A0) de una corriente periódica a la amplitud o valor maximo de la misma. Para corriente alterna también se tiene el valor de pico a pico (App), que es la diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.

4. ¿Qué es el periodo en una onda variable y como se determina?

El período de una onda es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la oscilación sus unidades se dan en ciclos/seg o ms.

5. Explique las diferencias entre el valor medio y el valor eficaz.

El valor medio es aquel valor que por lo general se encuentra en la mitad de la onda y el valor eficaz es valor utilizable para una operación. Por lo general se suele decir que en corriente alterna el valor medio es 0.

6. ¿Qué clase de instrumentos miden el valor eficaz, y cuales miden el valor medio?

El osciloscopio es un instrumento que sirve para observar a la onda y su comportamiento y este también nos indica cada detalle de la onda es decir su valor medio, valor eficaz, frecuencia y periodo.

7. ¿Qué es una fuente rectificadora?

Una fuente rectificadora es un aparato que sirve para rectificar la corriente alterna a corriente continua.

8. ¿A que se denomina diodos de potencia y cual es su uso?

Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.

9. ¿Cuáles son las funciones principales de un osciloscopio?

El osciloscopio es un instrumento muy útil para realizar mediciones tanto AC como DC . Permite visualizar las formas de las ondas que se presentan en un circuito. Este instrumento básicamente traza la amplitud (la tensión) de la forma de onda contra el tiempo 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. 

Los controles básicos son: BRIGHT: Girando su cursos se ajusta la intensidad de la pantalla. 

FOCUS: Girándolo se ajusta el foco del trazo sobre la pantalla. 

GRAT: Ilumina una cuadrícula o grilla que facilita la visualización de la señal. 

TRACE: Selecciona la señal a trazar en la pantalla. 

TRIGGER: Selecciona la fuente de disparo. 

TRIGGER LEVEL: Selecciona el punto de la onda utilizado para disparar. 

TIMEBASE: Selecciona la velocidad con la que el trazo se desplaza en la pantalla. 

INPUT LEVEL: Ajusta el nivel de la entrada. 

POS (Position): Establece la posición del trazo en la pantalla. 

10. Comparar las lecturas obtenidas por el osciloscopio y por el multímetro, encontrar el error absoluto y explicar las causas que creen son motivo de las divergencias halladas entre éstas.

V voltimetro Vrms Error ABS

20.1 19.52 0.5840.1 38.18 1.9260.3 56.56 3.74

80 76.37 3.63100 95.46 4.54

120.2 114.55 5.65140.3 135.06 5.24160.1 152.74 7.36180.4 172.53 7.87

200 189.5 10.5220 210.01 9.99

Las causas de este error fueron errores de lectura al momento de leer el voltímetro y también cabe recalcar que el osciloscopio es un instrumento mas sofisticado por lo tanto su medición es más exacta.

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

OBSERVACIONES- Las ondas senoidales se presentan solo cuando hay corriente alterna de tal modo que

si conectamos con corriente continua veremos solo una línea ya que esta es constante.

- La frecuencia y el periodo es la misma en nuestra practica ya que es la establecida por defecto es decir cada enchufe o puerto de electricidad brindara 60 Hz.

- El osciloscopio puede medir varias ondas al mismo tiempo y esto dependerá de cuantas entradas tenga.

- El valor efectivo o valor rms que reciben los enchufes es de 220 V tal como establece nuestros proveedores de energía.

- El voltaje no hace variar el periodo ni frecuencia de nuestro voltaje.

CONCLUSIONES- Queda demostrado que tanto el periodo ni la frecuencia no varían ya que estos son

constantes en nuestros puertos de energía o enchufes.- El valor eficaz que no se ve a simplemente en la onda pero si se puede calcular

mediante el uso de fórmulas.- El valor medio por lo general en corriente alterna se denomina 0 pero teóricamente

no es asi ya que este se puede calcular pero por lo general esta en un rango de 0 a 1.- El osciloscopio es un instrumento eficaz al momento de analizar el comportamiento

de una onda ya que con este podemos ver si la onda esta en fase o desfase, podemos obtener el valor pico y con este el Valor Pico Pico. También gracias al osciloscopio podemos observar el comportamiento de dos ondas en un mismo circuito tanto como la onda de entrada y la onda de salida.

- Las ondas no solo pueden ser senoidales ya que si ponemos un diodo este rectificaría de cierta forma la corriente y cambiara la onda es por esto que se dicen que hay ondas de media onda y de onda completa donde se puede observar el desfase.

VII. BIBLIOGRAFIA

- http://www.uv.es/marinjl/electro/diodo.html - http://es.wikipedia.org/wiki/Valor_de_pico - http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=1&id_sec=2 - http://www.uco.es/electrotecnia-etsiam/pdf/TEMA_4._ONDAS_DE_SENAL.pdf