LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS II

PRÁCTICA # 2

CÁLCULO DE POTENCIAS EN CIRCUITOS RL

OBJETIVO: El estudiante construirá, hará mediciones, simulará y calculará circuitos RL energizados con C.A. para comparar los resultados teóricos y los prácticos y poder así emitir un juicio sobre el comportamiento del circuito y la confiabilidad de los métodos empleados.

INTRODUCCIÓN: Como ya se sabe, la inductancia no solo se opone al paso de la C.A. con un valor definido en ohms, sino que además, produce un defasamiento ( θ ) de 90º entre el voltaje que se le aplica y la corriente que lo atraviesa. El efecto combinado de una resistencia y una inductancia provoca que el ángulo en que la corriente se atrasa respecto al voltaje sea menor de 90º.

La potencia neta que consume una carga durante un periodo se denomina potencia activa y se calcula así: P = Vef Ief cosθ.

CORRELACIÓN: En esta práctica se harán cálculos y/o mediciones de los valores de voltaje, corriente y potencia, se medirá el defasamiento de las señales y calculará el factor de potencia, se asentarán las bases para la corrección del factor de potencia.

MATERIAL Y EQUIPO.

2 Resistencia, de 33 Ω y 4.7 Ω, 2 W. 4 Resistencias, de 22, 100, 330, y 1,500 Ω, ½ W. 2 Inductancias, núcleo de ferrita, de 2 y 0.5 mH aprox. 3 Transformadores a 18 V con derivación central, I > 1 A (se sugiere Steren mod: TR18 – 1.2 A) Clavija con su cable. Caimanes Protoboard.

Multímetro Analógico o Digital. Osciloscopio de Doble Trazo. Inductómetro.

METODOLOGÍA:

1.- Mida los valores reales de las inductancias y las resistencias:

SUGERENCIA DIDÁCTICA: Tome dos de los tres transformadores, mida las inductancias de los devanados primarios, llame L1p a la inductancia de mayor valor y L2p a la otra. Haga dos bobinas con núcleo de ferrita de los valores arriba indicados, llame L1f a la inductancia de mayor valor y L2f a la otra.

RESULTADOS:

Val. comerc. Val. real Val. comerc. Val. real4.7 Ω 4.9 Ω 1.5 KΩ 1,485 Ω22 Ω 22.3 Ω (L1p) 2.106 H33 Ω 33.5 Ω (L2p) 1.526 H100 Ω 100.4 Ω (L1f) 2.33 mH330 Ω 329.5 Ω (L2f) 0.5738 mH

CIRCUITO 1.

Datos prácticos.2.- Arme el circuito mostrado (Figs. 2.1, 2.2) y mida con el osciloscopio la amplitud de la señal de entrada y del voltaje en los extremos de la resistencia de 100 Ω, mida también el defasamiento entre ambas señales.

Figura 2.1 Figura 2.2

RESULTADOS:

VINmax = 15.4 V VRmax = 1.42 V

∆t = 2.16 mS

Aplicando la regla de tres:

16.667 ______ 360º 2.16 ______ θ

θ= = 46.655º

En el circuito armado, 46.655º es el desfasamiento entre las señales de voltaje y corriente.

3.- Utilizando el voltaje medido con el osciloscopio y el valor real de la R de 100 Ω, calcule el valor de la Ief en el circuito.

RESULTADOS: Imax = IRmax = = 14.143 mA

Ief = = 10 mA

Datos teóricos.4.- Con el VINmax obtenido con el osciloscopio y los valores reales de los componentes, calcule las potencias S, P y Q disipadas en la carga.

RESULTADOS:

==>

XL1 = 2π(60)(2.106) = 793.943 Ω,

XL2 = 2π(60)(1.526) = 575.288 Ω

Z1 = 329.5 + j 793.943 = 859.602 67.46º Ω

Z2 = 1,485 + j 575.288 = 1,592.539 21.176º Ω

Z3 = 100.4 Ω

ZT = Z3 + ( Z1 // Z2 )

= 100.4+

= 100.4 + = 668.949 44.87º

i = = 0.023 - 44.87º A

Entonces: Imax = 23 mA, θ = 44.87º, en atraso.

El factor de potencia es: F.P. = cos θ = 0.7087

Vef = = 10.8894 V

Ief = = 16.26 mA

Cálculo de S, P, y Q.

S = Vef (Ief) = 10.8894 (0.01626) = 0.177 VA

P = S cos θ = 0.177 (0.7087) = 0.1254 W

Q = S sen θ = 0.177 ( 0.705) = 0.1248 VAr

5.- Compare los valores aquí calculados, con los obtenidos en paso 2 y 3.

¿Varían mucho los valores de los ángulos de defasamiento, que porcentaje?.RESPUESTA: Varían 1.785º lo cual es un 3.82 %.

¿Varían mucho los valores eficaces de las corrientes, que porcentaje?RESPUESTA: Varían 6.26 mA lo cual es un 38.5 %.

¿A que cree que se deban estas diferencias?RESPUESTA: Los cálculos se realizaron considerando inductancias ideales, sin tomar en

cuenta las grandes pérdidas de las bobinas con núcleo de hierro.

SUGERENCIA DIDÁCTICA: Para comprobar que no hubo error en los cálculos o en la aplicación de las fórmulas es conveniente simular el circuito usando los valores reales de los componentes.

Datos de la simulación.6 .- Simule el circuito mostrado (Fig. 2.3), obtenga la corriente en la carga y el ángulo de defasamiento. Use los valores reales de los componentes.

Figura 2.3

RESULTADOS:

Ief = 16.16 mA

∆t = 2.0706 mS, aplicando la regla de tres:

16.667 ______ 360º 2.0706 ______ θ

θ = = 44.724º

7.- Compare los valores de la simulación, con los datos teóricos, paso 4.

¿Varian mucho los valores de los ángulos de desfasamiento, que porcentaje?RESPUESTA: Varían solo 0.146 grados lo cual es solo un 0.33 %.

¿Varian mucho los valores de las corrientes eficaces, que porcentaje?RESPUESTA: Varían 0.1 mA lo cual es solo un 0.61 %.

SUGERENCIA DIDÁCTICA: Como los valores simulados y los calculados varían muy poco, se puede concluir que las fórmulas, en el paso 4, se usaron correctamente.