Medidores de CC

TEMA DOS

1Orlando Arcila Montoya

Departamento de Energa Elctrica y Automtica

UN Sede Medelln

MEDIDORES PARACORRIENTE CONTINUA

Objetivos

Al final de este tema tendrn la habilidad de:

Describir los tipos de soportes que se usan en los dispositivos demedida basados en el movimiento de dArsonval.

Explicar detalladamente los principios operativos de losmedidores de imn permanente y bobina movil (permanentmagnet, moving coil) PMMC o medidor basado en el movimientodArsonval.

Saber explicar los principios y fines que rigen el funcionamientode los shunts, como y cuando se emplean y las caractersticasde los instrumentos a utilizar con ellos


Objetivos

Analizar el comportamiento circuital de losvoltmetros y ampermetros, los efectos sobre lacarga y los errores que pueden generar sobre ella.

Describir la construccin y operacin de unOhmmetro bsico.

Calcula el desempeo obtenido por medidorespecfico en el rango seleccionado.

Aplicar los conceptos relacionados con el error yverificacin con clculos circuitales.


Contenido

Introduccin a los medidores de DC

Equivalencia PMMC y movimiento del medidor dArsonval meter

Ampermetro DC Voltmetro DC Ohmmetro DC

Introduccin a los instrumentos de AC. Movimiento dArsonval en rectificacin de media onda Movimiento dArsonval en rectificacin de media

completa

Efecto sobre la carga de los medidores de AC


Instrumentos de medida

Un instrumento de medida es un dispositivo construido paradetectar exactamente y mostrar en una pantalla una magnitudelctrica de tal manera que la pueda leer una persona

Tpicamente la lectura puede tener una forma visual como: elmovimiento de una aguja sobre una escala, una serie de lucesorganizadas en forma de barra grfica o sobre una pequeapantalla, una figura compuesta por nmeros y figuras en unapantalla.

Los instrumentos mas modernos tienen un diseo digital, estosignifica que se tiene una pantalla que muestra la lectura connmeros en forma de dgitos.

Los instrumentos mas antiguos operaban por principioselectromecnicos, usando una aguja para indicar la magnitudmedida.


Instrumentos de medida electromagnticos El mecanismo de presentacin de un instrumento de medida

frecuentemente se asocia a un movimiento, es su naturalezaelectromecnica la que hace mover la aguja a lo largo de unaescala y as obtener un valor que se lee e indica la medida.

El diseo y el movimiento mecnico hace que las personascomprendan mas fcilmente el funcionamiento del medidor.

El movimiento mecnico se basa en principioselectromagnticos: una corriente elctrica a travs de unconductor produce un campo magntico perpendicular al eje delflujo de electrnes.

Grandes cantidades de corriente producen campos magnticosmuy fuertes.


Si al campo magntico formado por un conductor se le permite serinfluenciado por otro campo magntico, la fuerza fsica resultantedepende de las dos fuentes.

Si una de esas fuerzas se puede mover libremente con respecto ala otra, esto har que dicha campo atraviese el conductor y elmovimiento es proporcional a la cantidad de corriente(normalmente se ejerce sobre un resorte)

Los movimientos de los instrumentos electromagnticos se hacensobre una bobina de alambre que es suspendida en un fuertecampo magntico que es protegido mayoritariamente de losinfluencias externas

Estos instrumentos generalmente se disean y se conocen como:bobina mvil e imn permanente Permanent Magnet, Moving CoilPMMC

Instrumentos de medida electromagnticos


Algunos smbolos utilizados


Instrumentos de medida galvanmetro D'Arsonval

0 3

Flujo de corriente que atraviesa la bobina y hace mover la aguja

Escala

Aguja

Bobina

Imn

Resorte


Instrumentos de medida galvanmetro D'Arsonval


El principio bsico de este dispositivo es la interaccin delcampo electromagntico producido por un imn permanente yel campo alrededor de un conductor embobinado (un simpleelectroimn)

pmmc dArsonval


pmmc dArsonval

Sobre el arco de lectura serotulan unas marcas y nmerosque indican el valor de lacantidad que se mide, es decirel valor correspondiente alvalor sensado.

En otras palabras si tomamosun amperimetro de 3A(marcado con 3 amperios aplena escala), y teniendo 0Aen el extremo izquierdo, 1.5Adeben estar marcados en lamitad de la escala


Siempre la escala se divide con marcaciones y valores menores,que permitirn a quien est viendo el movimiento de la agujainferir el valor de la lectura de una forma ms precisa.

pmmc dArsonval


El movimiento de un instrumento de imn permanente y bobinamvil se basa en imanes fijos y una bobina de alambre que sepueda mover.

pmmc dArsonval

En el instante den que se conecta la batera en la bobina setiene un campo magntico que reacciona con el del imn, ellado inferior de la bobina ser el polo norte (a). Como los polosopuestos se atraen la bobina se mueve como se indica en (b)


(b)N

S

-DC+

(a)

-DC+

N

S

Un instrumento pmmc debe resolver dos situaciones

El primero es que la bobina debe retornar a la posicin inicialcuando no la atraviesa ninguna corriente

El segundo se requiere de un mtodo que indique la cantidadde movimiento

pmmc dArsonval


El primero se soluciona con un par de resortes muy finos atadosal los extremos de la bobina, y pueden ser utilizados comoconexiones elctricas de la bobina.

Los resortes tambin se opondrn al movimiento de la bobinacuando los atraviesa la corriente.

pmmc dArsonval


Al incrementarse el flujo de corriente en labobina, el campo generado en ella tambin seincrementa.

La fuerza del flujo magntico mover labobina, este el el principio bsico delmedidor.

Pero, como saber hasta donde se debe moverla bobina?.

Si la aguja se fija a la bobina y se mueve hastael extremo de la escala, la aguja podrmoverse con el movimiento de la aguja, y semarca la escala indicando la cantidad decorriente que se mueve a traves de ella.

pmmc dArsonval


Para mejorar la precisin y laeficiencia del medidor seemplean dos caractersticas.

Primero: Un ncleo de hierro secoloca dentro de la bobina paraconcentrar los camposmagnticos.

Segundo: Dos piezas polarescurvas se unen al imn para quela fuerza de giro se incrementeen la medida que se incrementala corriente a travs de ella.

En la figura se detallan todas laspartes.

Orlando Arcila Montoya 18

pmmc dArsonval


pmmc dArsonval

Los instrumentos de medida que emplean el principio delmovimiento dArsonval son ampliamente utilizados.

El flujo que atraviesa la bobina produce un campoelectromagntico que la hace mover.

Los polos del electroimn interactan con los polos del imnpermanente

La aguja del instrumento se mueve hacia la escala superior si el flujode la corriente est en direccin correcta, por esta razn losinstrumentos de CD tiene marcada la POLARIDAD

Ampermetro de corriente continua CC

Los medidores de corriente mas ampliamentedifundidos son de bajo rango tal que la defleccin de laaguja es 0_a_1_mA


Son instrumentos muy comunes en loslaboratorios.

La unidad es el Amperio (A)/mA.

Tpicamente se coloca una PEQUEA resistenciaen paralelo con el instrumento para incrementarel rango de medida (resistencia SHUNT)



Resistencia shunt

Rsh = Resistencia shunt.

Rm = Resistencia del medidor.

Ish current true the shunt.

Im full-scale deflection currentof meter movement.

I full-scale deflection current forthe ammeter


Vm = Im*Rm

Vsh = Vm

Ish = I Im

Rsh = Vsh /Ish

= Im*Rm /Ish

= Im/(I -Im)*Rm


Deducir las ecuaciones Resistencia shunt

Resistencia Shunt



Ejercicios

Un medidor de 100-A con una resistencia interna de 900- debeser utilizado como un ampermetro de 0 a 100-mA, determine laresistencia shunt requerida.

Ayrton Shunt

Conocida como shunt universal, usada en ampermetros multi-rango.

Elimina el problema del intercambio de resistencias shunt, ypermite ampliar los rangos de medida.


Ampermetro con Ayrton shunt.

Ayrton Shunt



De la figura

(Rb+Rc)(I2-Im) = Im (Ra+Rm)

I2(Rb+Rc) - Im(Rb+Rc) = Im [Rsh-(Rb+Rc) + Rm)

I2(Rb+Rc) - Im(Rb+Rc) = ImRsh- Im(Rb+Rc) + ImRm.

Pero;

Rb+Rc= Im(Rsh+Rm) / I2 (1)

Ra = Rsh (Rb+Rc) (2)

Rc = Im(Rsh+Rm) / I3 (3)

n = I / Im

Rsh = Rm / (n-1) ; n 20.

Ayrton Shunt


Ejercicio

Calcules los valores de las resistencias para el circuito.

Datos

Rm = 1k Im = 100 mA,

I1=10mA, I2=100mA, I3=1A.

Verificar

Rsh = Ra + Rb + Rc

Ayrton Shunt



Qu implicaciones tiene la insercin de un ampermetro en un circuito?

Un error frecuente es el error en la medida porsobrecargas en la fuente

Todos los amperiemtros tiene resistencia interna.

El amperimetro siempre incrementa la resistencia delcircuito, por lo tanto reduce la corriente en el circuito.

El error causado en la medida depende del valor deresistencia del amperimetro.


Corriente esperada en uncircuito sencillo

I = E / R1

Corriente esperada en un circuitosencillo con ampermetro

I = E / (R1+Rm)

Efecto del amperimetro en un circuito


Ejercicio:

Un amperimetro tieneuna resistencia internade 90.

Determinar elprocentaje de error silas resistencia sonRa=Rb=Rc= 1k

Efecto del amperimetro en un circuito


Ayrton Shunt

Consulta http://www.physics.purdue.edu/~clarkt/Courses/Physics271L/Exp4/Exp4

.html



Transformador de corrientede patio S/E

800 kV UHV DC


Insulation gap tests for 800 kV development

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