Informe de Laboratorio Circuitos en Corriente Alterna.

Salvador Gallardo Riquelme, Gerar Peña Miranda

Departamento Ingeniería eléctrica, Universidad de Concepción, Chile

sagallardo@udec.cl

gerpena@udec.cl

Abstract- Para comprender como funciona la corriente alterna, se experimentó con variaciones de voltaje por la presencia de un transformador, y se midió por medio de diversos instrumentos para notar la variación del mismo y ver como oscila comprobando la variación de la corriente, y entendiendo el cómo es alterna. Mediante el documento se expresó cada uno de los resultados obtenidos mediante las mediciones realizadas y resoluciones analíticas obtenidas.

I. INTRODUCCIÓN

La corriente alterna es aquella corriente eléctrica que varía su valor de forma cíclica. Durante el laboratorio se trabajará con este tipo de corriente y se utilizará un transformador que por definición es un instrumento que permite variar la tensión ya sea elevándola o reduciéndola.

En este caso se aplicará un transformador reductor que nos entregará un voltaje secundario con el que realizaremos diversos cálculos teóricos para obtener la mayor información posible con respecto a los diversos tipos de potencias presentes en el funcionamiento de un sistema eléctrico formado tanto por resistencias como por condensadores.

Para la medición de voltajes utilizaremos tanto un osciloscopio como un multímetro y con los resultados realizaremos comparaciones mediante tablas que serán expuestas en el respectivo informe.

Por ultimo para la obtención de potencias ya nombradas anteriormente se realizarán diversos cálculos teóricos con los resultados de voltajes medidos y la corriente presente en los dos tipos de circuitos.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. Materiales -Osciloscopio (1 unidad) -Multímetro digital: Meterman modelo 37XR

-Protoboard y cables de conexión - Resistencias (1 unidad) -Transformador de tensión (1 unidad) -Condensador (1 unidad)

2.2. Métodos

Los tópicos teóricos utilizados en el laboratorio Nº 7 se relacionan con los cálculos en corriente alterna de impedancia, corriente (rms, peak, media), tensión (rms, peak, media), potencia aparente, potencia activa y potencia reactiva. Las relaciones matemáticas de las variables mencionadas están expresadas en las ecuaciones 1, 2,3 y 4.

Zeq=R+ 1jwC

+ jwL

Ecuación 1. Impedancia Total de una Carga

R=Resistencia [Ω]C=Capacitancia [F]L=Inductancia [H]w= frecuencia angular [Hz]

1jwC

= Reactancia de un condensador

jwL =Reactancia de un capacitor

Vrms=Vpeak

√2Ecuación 2.Relacion valor rms y valor peak de una señal.

S=Vrms∗irmsEcuación 3.Potencia aparente.

P=Vrms∗irms∗cos (θ)Ecuación 4. Potencia Activa.

P=Vrms∗irms∗sen (θ)

Ecuación 4. Potencia Reactiva.

También es importante conocer saber que un transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. Ahora bien si el transformador es ideal la potencia que entra es igual a la que sale pero esto ocurre sin perdidas de potencia

III. DESARROLLO

En la experiencia Nº 1 se implementó un circuito resistivo como el mostrado en la figura 1 el cual por medio de una red “domestica” era alimentado con 220 [V] a una frecuencia de 50 [Hz], este voltaje cambia a 12 [Vrms] por efecto del transformador.

Con el circuito implementado se procedió a medir por medio de multitester todas las variables requeridas. La corriente primaria, esto se hace en la parte del transformador proximal a la fuente de alimentación conectando el multitester en los agujeros 1 y 3 con el interruptor cerrado, luego se determinó el voltaje primario midiendo en los terminales (agujeros) de la segunda parte del trasformador esto se hace con el interruptor cerrado luego para el voltaje secundario de proceder de igual manera pero conectando la parte del circuito que contiene la resistencia. La corriente secundaria se obtiene abriendo el circuito para medir en serie, como la corriente es la misma para elementos en serie este valor será idéntico para la corriente en la resistencia. La última medición usando el multitester para este circuito será para el voltaje en la resistencia, el cual se realizara conectando el tester en paralelo a la resistencia.

Hecho esto se efectuaron las mismas mediciones pero por medio del osciloscopio, este instrumento nos mostró la onda sinusoidal que representaba la señal del circuito en conjunto con los valores representativos del voltaje secundario (Vrms , Vpeak Vmedio) , voltaje que tendrá el mismo valor para la resistencia por estar en paralelo, por otro lado la corriente se puede obtener con los datos te tensión y usando la Ley de Ohm debido a que conocemos el valor de la resistencia , el valor obtenido de corriente es válido para corriente secundaria y corriente en la resistencia debido a que están en serie.

Para la experiencia Nº 2 se usó una metodología similar, sola que en este caso se implementó un circuito que además de transformador y resistencia contenía un capacitor, esto se puede ver en la figura 2 donde se muestra el circuito que fue implementado para esta parte del laboratorio. Las mediciones con el osciloscopio fueron análogas a la experiencia descrita anteriormente, sin embargo para el uso del osciloscopio se

observó una particularidad al realizar la conexión, como la resistencia y el capacitor están en serie y como se ve en la figura 2 se debía tener un punto en común, se usaron dos canales (cables) los cuales además tienen dos ramas terminales cada uno por lo tanto si las enumeramos como 1 2 3 4, la rama 1 fue en un extremo de la resistencia así como la 4 en el otro extremo del capacitor para que las puntas 2 y 3 estuviesen ubicadas en un mismo punto , es así como en el osciloscopio se visualizaron dos ondas una que representaba a la resistencia y otra al capacitor, seleccionando en el osciloscopio el canal a utilizar este nos mostrara los valores que determinamos en la experiencia Nº 1 . Por último se requería determinar la fase o ángulo entre las dos señales sinusoidales, para ello se midió la constante de tiempo(τ) entre los dos puntos más altos de cada onda , como se conoce que la frecuencia era de 50[Hz] fácilmente se puede saber que el periodo es 0,02[s] por lo tanto usando la relación de la ecuación 5 (donde X es el valor del ángulo buscado en grados), se obtiene el ángulo de desfase entre las ondas, para así con el más los valores calculados de voltaje y corriente calcular la potencia del circuito (aparente, activa , reactiva)

Tτ=360 °

x °

Ecuacion 5. Relacion periodo-grados y constante de tiempo.

Figura 1. Circuito Resistivo con transformador.

Figura 1. Circuito Resistivo-Capacitivo con Transformador.

IV. RESULTADOS

Los resultados obtenidos mediante los procesos mencionados en la sección anterior serán detallados a continuación mediante la tabla I y II que nos mostrara los valores relacionados con la experiencia Nº 1 , así como la tabla III y IV entrega los datos recopilados mediante los procesos de la experiencia Nº 2.

TABLA IParámetros Eléctricos Medidos en la Experiencia Nº 1

TABLA IIParámetros Eléctricos Calculados en la Experiencia Nº 1

TABLA IIIParámetros Eléctricos Medidos en la Experiencia Nº 2

PARAMETRO TESTER OSCILOSCOPIOVOLTAJE

PRIMARIOVpri

Vrms 224[V] Vrms -Vpeak 317[V] Vpeak -

Vmedio 0 Vmedio -VOLTAJE

SECUNDARIOVsec

Vrms 12,5[V] Vrms 12,2[V]Vpeak 17,7[V] Vpeak 17,2[V]

Vmedio 0 Vmedio 61,8[mV]

CORRIENTE PRIMARIA

Ipri

Vrms 33,4[mA] Vrms 4,4[mA]Vpeak 47,3[mA] Vpeak 6,3[mA]

Vmedio 0 Vmedio -CORRIENTE

SECUNDARIOIsec

Irms 2,29[mA] Irms 2,44[mA]Ipeak 3,24[mA] Ipeak 3,45[mA]

Imedio 0 Imedio 0,12[mA]VOLTAJE

RESISTENCIAVr

Vrms 12,5[V] Vrms 12,2[V]Vpeak 17,7[V] Vpeak 17,2[V]

Vmedio 0 Vmedio 61,8[mV]CORRIENTE

RESISTENCIAIr

Irms 2,29[mA] Irms 2,44[mA]Ipeak 3,24[mA] Ipeak 3,45[mA]

Imedio 0 Imedio 0,12[mA]

PARAMETRO CALCULOPOTENCIA SECUNDARIO POTENCIA APARENTE 29,7[mVA]

POTENCIA ACTIVA 29,7[mW]POTENCIA REACTIVA 0[Var]

ANGULO DESFASE 0POTENCIA RESISTENCIA POTENCIA APARENTE 29,7[mVA]

POTENCIA ACTIVA 29,7[mW]POTENCIA REACTIVA 0[Var]

ANGULO DESFASE 0RELACION DE

TRANSFORMACIONn1:n2 18,3

PERIODO Y FRECUENCIA T 0,02 [s]F 50 [Hz]

PARAMETRO TESTER OSCILOSCOPIOVOLTAJE

PRIMARIOVpri

Vrms 224[V] Vrms -Vpeak 317[V] Vpeak -

Vmedio 0 Vmedio -VOLTAJE

SECUNDARIOVsec

Vrms 12,5[V] Vrms 12,5[V]Vpeak 17,7[V] Vpeak 34,6[V]

Vmedio 0 Vmedio 56,5[V]

CORRIENTE PRIMARIA

Ipri

Vrms 125[uA] Vrms 4,4[mA]Vpeak 177[uA] Vpeak 6,3[mA]

Vmedio 0 Vmedio -CORRIENTE

SECUNDARIOIsec

Irms 1,77[mA] Irms 1,93[mA]Ipeak 2,50[mA] Ipeak 2,73[mA]

Imedio 0 Imedio 0VOLTAJE

RESISTENCIAVr

Vrms 9,67[V] Vrms 9,66[V]Vpeak 13,7[V] Vpeak 13,8[V]

Vmedio 0 Vmedio -231[mV]CORRIENTE

RESISTENCIAIr

Irms 1,77[mA] Irms 1,93[mA]Ipeak 2,50[mA] Ipeak 2,73[mA]

Imedio 0 Imedio 0VOLTAJE

CAPACITORVc

Vrms 7,37[V] Vrms 7,57[V]Vpeak 10,4[V] Vpeak 10,7[V]

Vmedio 0 Vmedio -259[mV]CORRIENTECAPACITOR

Ic

Irms 1,77[mA] Irms 1,93[mA]Ipeak 2,50[mA] Ipeak 2,73[mA]

Imedio 0 Imedio 0

TABLA IVParámetros Eléctricos Calculados en la Experiencia Nº 2

V. CONCLUSIÓNES

Luego de la experiencia obtenida mediante la realización del laboratorio y la respectiva ejecución del informe con los resultados obtenidos, se puede verificar la variación de voltajes y corrientes tanto en el primero como segundo circuito con sus respectivos elementos por lo que demuestra un transformador en esta caso reductor presente, y que a su vez comprueba que estamos en presencia de una corriente alterna.Por otro lado se puede verificar la variación mínima de valores entre las mediciones tomadas por el multímetro y el osciloscopio, con la diferencia que el segundo instrumento entrega de forma directa los valores pedidos mediante tablas, en cambio con el multímetro se requieren de cálculos teóricos con fórmulas para completar los valores.

Por ultimo mediante resolución analítica se obtuvieron los resultados de los 3 tipos de potencias presentes en los sistemas eléctricos que son significado de la liberación de energía del elemento presente en el circuito en diferentes formas, y se observó el ángulo de desfase mediante la obtención de la constante de tiempo en el osciloscopio y la regla de tres, ángulo equivalente a cuan desfasada se encuentra la corriente

con respecto al voltaje, por lo que queda en claro la presencia de un capacitor.

REFERENCIAS

[1] Guía laboratorio Nº 7 “Circuitos en Corriente Alterna.” Profesor: Pablo Aqueveque, 2013.

[2] "Potencia Eléctrica y Factor de Potencia" IES Valle de Aller, Departamento de Tecnología.[Online].Disponible:http://blog.educastur.es/tecnoaller/files/2011/03/potencia-electrica-y-factor-de-potencia.pdf

PARAMETRO CALCULOPOTENCIA PRIMARIO POTENCIA APARENTE 0,028[VA]

POTENCIA ACTIVA 0,028[W]POTENCIA REACTIVA 0[VAr]

ANGULO DESFASE 0°

POTENCIA SECUNDARIO

POTENCIA APARENTE 0,022[VA]POTENCIA ACTIVA 0,022[W]

POTENCIA REACTIVA 0[VAr]ANGULO DESFASE 0°

POTENCIA CAPACITOR POTENCIA APARENTE 0,013[VA]POTENCIA ACTIVA 0,819m[W]

POTENCIA REACTIVA 0,0129[VAr]ANGULO DESFASE 86,4°

POTENCIA RESISTENCIA

POTENCIA APARENTE 0,017[VA]POTENCIA ACTIVA 0,017[W]

POTENCIA REACTIVA 0[VAr]ANGULO DESFASE 0°

RELACION DE TRANSFORMACION

n1:n2 18PERIODO Y

FRECUENCIAT 0,02 [s]F 50 [Hz]