MEDICIONES ELÉCTRICAS 1 (3D1) LABORATORIO 5 RESPUESTA …

MEDICIONES ELÉCTRICAS 1 (3D1)

LABORATORIO 5 – RESPUESTA DE LOS

INSTRUMENTOS DE MEDIDA ANTE DISTINTAS

SEÑALES DE TENSIÓN Y FRECUENCIA

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de Mar del Plata

Carrera: Ingeniería Eléctrica / Electromecánica

22 de mayo de 2020

Jefe de Trabajos Prácticos – Área Mediciones Eléctricas y Ensayos

Dr. Ing. Jorge Luis Strack [email protected]

Ayudantes: Ing. Juan Martínez – Ing. Hernán Antero – Sr. Leonardo Ricciuto

mailto:[email protected]

Mediciones Eléctricas 1 (3D1) - 2020 - Departamento de Ingeniería Eléctrica – FI UNMDP

Respuesta de los Instrumentos de Medida ante Distintas Señales de Tensión y Frecuencia

Conocer las adaptaciones internas que poseen algunos instrumentos para medir el

valor medio o eficaz de una determinada señal.

Verificar la respuesta de los distintos tipos de instrumentos cuando les son aplicadas

tensiones o corrientes con diferentes formas de onda y frecuencia.

Aprender a seleccionar el instrumento que mejor se adapta a las características de la

señal a medir a fin de realizar una correcta medición.

2

Objetivos

INTRODUCCIÓN TEÓRICA: CARACTERÍSTICAS DE LA SEÑAL A MEDIR



4

Introducción teórica: Características de la señal a medir

Valor medio de una señal periódica

(Componente Continua)

𝑽𝑪𝑪 =𝟏

𝑻 𝟎

𝑻

𝒗 𝒕 . 𝒅𝒕

𝑽𝑪𝑪 = 0

EJEMPLOS:

rectificada en ½ onda

𝑽𝑪𝑪 =𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝝅

rectificada en onda completa

TT T


𝟒

T

Vpico


𝟐

T

Vpico


Onda triangular


Onda triangular

𝑽𝑪𝑪 =𝟐𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝝅



5


Valor eficaz de una señal periódica

𝑽𝑹𝑴𝑺 =𝟏

𝑻 𝟎

𝑻

𝒗 𝒕 𝟐. 𝒅𝒕

𝑽𝑹𝑴𝑺 =𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝟐

EJEMPLOS:



𝟐𝑽𝑹𝑴𝑺 =

𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝟐


T

Vpico

T

Vpico


𝟑


Onda triangular


Onda triangular

TT T


𝟔



6


Componente alterna de una

señal periódica

𝑽𝑪𝑨 =𝟏

𝑻 𝟎

𝑻

[𝒗 𝒕 − 𝑽𝒄𝒄]𝟐. 𝒅𝒕

𝑽𝑪𝑨 = 𝑽𝑹𝑴𝑺𝟐 − 𝑽𝑪𝑪

𝟐



7


𝑽𝑪𝑨 =𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝟐

EJEMPLOS:


𝑽𝑪𝑨 =𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝟐, 𝟓𝟗𝑽𝑪𝑨 =

𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝟑, 𝟐𝟓


T

Vpico

T

Vpico

𝑽𝑪𝑨 =𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐 𝟑

𝟔


Onda triangular


Onda triangular

TT T

𝑽𝑪𝑨 =𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐 𝟏𝟓

𝟏𝟐

Componente alterna de una señal

periódica

𝑽𝑪𝑨 =𝟏

𝑻 𝟎

𝑻

[𝒗 𝒕 − 𝑽𝒄𝒄]𝟐. 𝒅𝒕

𝑽𝑪𝑨 = 𝑽𝑹𝑴𝑺𝟐 − 𝑽𝑪𝑪

𝟐



8


Factor de Forma de una señal periódica

𝑭𝑭 =𝑽𝑹𝑴𝑺𝑽𝑪𝑪

=𝑽𝑪𝑪

𝟐 + 𝑽𝑪𝑨𝟐

𝑽𝑪𝑪= 𝟏 + 𝒓𝟐

donde r es el nivel de ripple de la señal

EJEMPLOS:


𝑭𝑭 =𝝅

𝟐

𝑭𝑭 = 𝟏, 𝟏𝟏


T

Vpico

T

Vpico


Onda triangular


Onda triangular

TT T

𝑭𝑭 =𝟐 𝟔

𝟐

𝑭𝑭 = ∞

𝑭𝑭 =𝟐 𝟑

𝟑



9


Ripple o rizado de una señal periódica

𝒓 =𝑽𝑪𝑨𝑽𝑪𝑪

=𝑽𝑹𝑴𝑺

𝟐 − 𝑽𝑪𝑪𝟐

𝑽𝑪𝑪= 𝑭𝑭𝟐 − 𝟏

ripple



10


Ripple o rizado de una señal periódica

𝒓 =𝑽𝑪𝑨𝑽𝑪𝑪

=𝑽𝑹𝑴𝑺

𝟐 − 𝑽𝑪𝑪𝟐

𝑽𝑪𝑪= 𝑭𝑭𝟐 − 𝟏

EJEMPLOS:


𝒓 = 𝟏, 𝟐𝟏 𝒓 = 𝟎, 𝟒𝟖


T

Vpico

T

Vpico


Onda triangular


Onda triangular

TT T

𝒓 =𝟏𝟓

𝟑𝒓 =

𝟑

𝟑

𝐫 = ∞



11


Factor de cresta

𝑭𝑪 =𝑽𝑷𝑰𝑪𝑶𝑽𝑹𝑴𝑺



12


Factor de cresta

𝑭𝑪 =𝑽𝑷𝑰𝑪𝑶𝑽𝑹𝑴𝑺

EJEMPLOS:


𝑭𝑪 = 𝟐 𝑭𝑪 = 𝟐


T

Vpico

T

Vpico


Onda triangular


Onda triangular

TT T

𝑭𝑪 = 𝟔

𝑭𝑪 = 𝟐

𝑭𝑪 = 𝟑



13


Distorsión armónica total (THD)

𝑻𝑯𝑫 = 𝒏=𝟐∞ 𝑽𝑹𝑴𝑺𝒏

𝟐

𝑽𝑹𝑴𝑺𝟏donde:

𝒏: es el orden de armónico

𝑽𝑹𝑴𝑺𝟏: es el valor eficaz de la componente fundamental

𝑽𝑹𝑴𝑺𝒏: es el valor eficaz de la componente armónica de orden 𝒏

INTRODUCCIÓN TEÓRICA: INDICACIÓN DE ALGUNOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL

LABORATORIO



15

Introducción teórica: Indicación de algunos instrumentos utilizados en el laboratorio

Instrumentos de Hierro Móvil

Miden el valor eficaz de la corriente circulante, sin importar la

forma de onda de la misma.

𝜽 =𝟏

𝟐𝒌𝒓

𝒅𝑳

𝒅𝜽𝑰𝑹𝑴𝑺

𝟐

𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝑽𝑹𝑴𝑺

Limitaciones

• Si la señal tiene un factor de cresta elevado puede saturar el circuito magnético.

• Si la señal contiene componentes de frecuencia superior al campo nominal de uso,

aumentará el error en la medición.



16

Instrumentos de Imán Permanente y Bobina Móvil: IPBM

Miden el valor instantáneo de la corriente circulante

𝜽 = 𝑲. 𝒊

donde

𝜽: deflexión del sistema móvil

𝒌: constante de proporcionalidad

𝒊: corriente instantánea circulante

Si la frecuencia tiene un valor superior a los 20 Hz, el cuadro

móvil no puede seguir las oscilaciones de la corriente y el

sistema mide el valor medio:

𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝑽𝑪𝑪




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IPBM con rectificador

El principio de funcionamiento se basa en modificar la forma

de onda a medir, de modo que se obtenga una onda con valor

medio distinto de cero.

Dependiendo del rectificador utilizado existen 2 variantes:

• IPBM con rectificador de media onda

• IPBM con rectificador de onda completa




18


IPBM con rectificador de media onda

𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝟐, 𝟐𝟐. 𝑽𝑪𝑪𝒔𝒆ñ𝒂𝒍 𝒓𝒆𝒄𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂𝒅𝒂 𝒆𝒏𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂

Sólo si la señal de entrada es sinusoidal:

𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝟐, 𝟐𝟐.𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝝅= 𝑽𝑹𝑴𝑺

Señal en bornes

del instrumento

Señal por el

IPBM interno

𝐹𝐸 =𝜋

2= 2,22



19


IPBM con rectificador de onda completa

𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝟏, 𝟏𝟏. 𝑽𝑪𝑪𝒔𝒆ñ𝒂𝒍 𝒓𝒆𝒄𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂𝒅𝒂 𝒆𝒏 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕𝒂

Sólo si la señal de entrada es sinusoidal:

𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝟏, 𝟏𝟏.𝟐. 𝑽𝒑𝒊𝒄𝒐

𝝅= 𝑽𝑹𝑴𝑺

Señal en bornes

del instrumento

Señal por el

IPBM interno

𝐹𝐸 =𝜋

2 2= 1,11



20


Errores al medir con instrumento que utiliza un rectificador de onda completa



21


Instrumentos digitales

Según su principio de funcionamiento pueden responder a:

1. 𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝑽𝑪𝑨 (como si fuera un HM pero con un filtro previo que elimina la

componente continua y sólo deja la componente alterna, indicando el valor RMS de ésta)

2. 𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝑽𝑹𝑴𝑺𝑺𝑰𝑵𝑼𝑺𝑶𝑰𝑫𝑨𝑳 (como si fuera un IPBM con diodo o puente)

3. 𝑽𝑰𝑵𝑫𝑰𝑪𝑨𝑫𝑶 = 𝑽𝑹𝑴𝑺 = 𝑽𝑻𝑹𝑼𝑬 𝑹𝑴𝑺 (como si fuera un HM pero sin sus limitaciones)

DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS



23

Equipos e instrumentos utilizados

Autotransformador variable

- Tensión de entrada: 220 V CA

- Tensión de salida: 0 – 250 V CA

- Tensión utilizada: 12VRMS CA (aproximadamente)

- Corriente máxima: 5A



24


Diodo rectificador:

- 1N 4007

- Tensión inversa de pico máximo: 1KV (VRRM)max

- Tensión máxima en un circuito rectificador de media onda

con carga capacitiva: 500 V (Vef)

- Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºC

- Caída de tensión máxima: 1,1 V (VF a 1A de corriente)

- Corriente en sentido directo: 1 A (If)

- Corriente máxima de pico: 30 A (Ifsm)



25


Puente rectificador (4 diodos internos):

- KBPC310

- Tensión inversa RMS máxima: 700V

- Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºC

- Caída de tensión máxima: 1,2 V (VF por diodo a 1,5A de corriente)

- Corriente en sentido directo: 1,5 A (If)

- Corriente máxima de pico: 50 A (Ifsm)



26


Resistencia cerámica

- R = 120 Ω- Pmax = 2W

Se utilizará para generar una corriente

de 100mA que asegure la conducción

de los diodos.



27


Generador de funciones

- Marca: Genérico

- Modelo: Genérico

- Señales generadas:

• Sinusoidal

• Triangular

• Cuadrada

- Frecuencia: 50Hz

- Amplitud máxima 10Vpico

Emulado con el software NI LabVIEW 2017



28


Osciloscopio digital

- Marca: Tektronix

- Modelo: TDS 2024

- Ancho de banda: 200MHz

- Muestreo: 2GS/s

- 4 canales aislados

Emulado con el software NI Multisim 14.1



29


Instrumento IPBM (Imán Permanente y Bobina Móvil)

- Marca: Ganz

- Modelo: LDAV

- Alcance utilizado: 30V

- 𝛼𝑚𝑎𝑥 = 150 divisiones

- Clase: 0,2

- Posición horizontal

- Tensión de prueba: 2kV

- Mide tensión continua (no tiene rectificador interno)




30


Voltímetro HM (Hierro Móvil)

- Marca: GANZ

- Modelo: HLV-2

- Alcance utilizado: 12V


- Clase: 0,5


- Tensión de prueba: 2kV

- Campo nominal de referencia: 40 – 60Hz

- Campo nominal de uso: 40 – 400Hz




31


Multímetro analógico

- Marca: ZURICH

- Modelo: ZR-386

- Alcances utilizados: 10V y 50V


- Error: 4% del alcance en modo AC.





32


Multímetro digital

- Marca: UNI-T

- Modelo: UT33D

- 3 ½ dígitos (máxima indicación: 1999)

- Rango utilizado:

• 200V AC (resolución: 100mV)

- Error en el rango de 200V AC: ± (1.2% lectura + 10 dígitos)




33


Multímetro digital

- Marca: UNI-T

- Modelo: UT33D

- 3 5/6 dígitos (máxima indicación: 5999)

- Rango utilizado:

• 60V AC (resolución: 10mV)

- Error en el rango de 60V AC: ±|(0.6% lectura +

5 dígitos)


DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO



35

Experiencia 1 – Circuito alimentado con tensión sinusoidal

RcExperiencia 1A

Experiencia 1B

Experiencia 1C



36

Experiencia 1 – Circuito alimentado con tensión sinusoidal

Con las mediciones efectuadas se debe completar la siguiente tabla:

Justificar analíticamente cada una de las mediciones y obtener conclusiones



37

Experiencia 1A – Circuito alimentado con tensión sinusoidal



38

Experiencia 1B – Circuito alimentado con tensión sinusoidal rectificada en media onda



39

Experiencia 1C – Circuito alimentado con tensión sinusoidal rectificada en onda completa



39

Mediciones de años anteriores – Experiencia 1

Osciloscopio x10 (Vpico) 16,9 16.2 15.4



40

Experiencia 2 – Circuito alimentado con onda sinusoidal, cuadrada y triangular

Con las mediciones efectuadas se debe completar la siguiente tabla:

Justificar analíticamente cada una de las mediciones y obtener conclusiones

Generador

de

funciones

Experiencia 2A

Experiencia 2B

Experiencia 2C



41

Experiencia 2A – Circuito alimentado con G.F. y tensión sinusoidal



42

Experiencia 2B – Circuito alimentado con G.F. y tensión cuadrada



43

Experiencia 2C – Circuito alimentado con G.F. y tensión sinusoidal



44

Mediciones de años anteriores – Experiencia 2

Osciloscopio x10 (Vpico) 7.2 7.2 7.2

¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!



SE ATIENDEN CONSULTAS EN EL CAMPUS Y POR ZOOM



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