guia LABCIM ML121...., Apuntes de Organización y Gestión del laboratorio

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A - a é Kad a UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DE POTENCIA GUÍA DE LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS (ML - 121) Elaborado por: Ing. Francisco Sinchi Yupanqui Ing. Bernabé Tarazona Bermúdez . : A a DALE AAA A OT A A AA O z 35 : Escaneado con CamScanner INDICE - Criterios de evaluación .......oooocnoninnnnnanenccnnonennacinanonanenenannnanananancnrarononanonnnos 3 Experiencia 1: Las leyes de Kirchhoff, reconocimiento, equipos, Instrumentos Y COMPONEnMtesS c..occcocenocnnonncnnnooncccnonacononnromnnnnnn naco cnnccnnnnnan anos 4 . Experiencia 2: Parte |: Teoremas de Thevenin y NorON .....oooccccccacaccnnoo o.» 7 Parte Il: Teorema de Máxima Transferencia de Potencia ......................... 9 . Experiencia 3: Uso del Generador de ondas y del osciloscopio: valores característicos de ondas periódicaS ......ocmmomonooeiónecccnionociosicniasirecossess. 12 . Expériencia 4: Parte |: Circuitos Transitorios de primer orden diferenciador o A 15 Parte 11: Circuitos Transitorios de segundo orden RLC Serie ..........ocooca... 17 . Experiencia 5: Relaciones Escalares y Complejas en circuitos eléctrico | RR 19 . Experiencia 6: Medida de Energía, potencia y Corrección del Factor de potencia SN ONCUIOS MONOIESIOO ascomiócicininscaccnicccióaniosconeracionocicccacancinaanóns 23 8. Experiencia 7: Circuitos Eléctricos TrifásicoS ...............cuoococonorosmocosrom.o 25 . Experiencia 8: Medida de la inductancia mutua en circuitos acoplados... 25 A UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA IN, Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM If] Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia A EXPERIENCIA mi? 1 LAS LEYES DE KIRCHHOFF, RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y COMPONENTES Il. OBJETIVOS: Verificar experimentalmente las leyes de Kirchhoff y aprender a utilizar adecuadamente los instrumentos de medición eléctrica. ll. ELEMENTOS A UTILIZAR: 1 Fuente DC Y 1 Multímetros (con micro amperimetro). y 1 Panel Resistivo 47 Cables de Conexión 7 ll. CIRCUITOS A IMPLEMENTAR: Elemento | Valor | Tensión | Corriente | Potencia Exp. | [Voltios] [mA] [AV] Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi— Ing. Tarazona SA Laboratorio de Eloctricidad y Electrónica de Potencia o an > Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi-— Ing. Tarazona UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM PROCEDIMIENTOS: . Implementar el circuito mostrado en las figuras anteriores ú otro circuito que indique el profesor, previa medición de las resistencias de los resistores (no conectar la fuente). Conectar la fuente y seleccionar un voltaje de 20 voltios ú otro voltaje que indique el profesor o que le asigne ud. Medir con el multímetro las corrientes y voltaje en cada resistencia tomando en consideración el sentido y la polaridad de los mismos. (Seleccionar la escala de medición adecuada). Al finalizar la experiencia medir otra vez la resistencia de los resistores. Medir la resistencia equivalente de cada circuito implementado. Calcular con los datos experimentales de Tensión y corriente en cada elemento dal circuito su potencia correspondiante y elaborar su Balance de Potencias de elementos Activos y Pasivos del circuito correspondiente. Analizar y verificar en forma experimental los teoremas propuestos, reduciendo los circuitos a su mínima configuración como circuitos equivalentes Thevenin y EXPERIENCIA N* 2 Parte 1: TEOREMAS DE THEVENIN Y NORTON OBJETIVOS: Norton a partir de los datos tomados en el laboratorio. Il ELEMENTOS A UTILIZAR Fuente de tensión DC. 01 Multímetro (con micro amperimetro) 01 Multímetro (con voltímetro). - 01 Maqueta Resistiva. NS CIRCUITO A UTILIZAR: 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENTERIA Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia PROCEDIMIENTO: . Armar los circuitos 8 en la figura u otro circuito según lo que indique el profesor. . Conectar la fuente de tensión en los bornes ah. de | o ys 5 Dil . Medir las resistencias de los resistores del circuito. , 4. Encenaer la fuente de tensión y regularla a 20 voltios u otra tensión. Que indique el profesor, / + Calculo de voltaje Thevenin (Em). y” . Desconectar el resistor RL y dejar los bornes c-d a circuito abierto, luego medir la tensión en los bornes c-d (Er). » Cálculo de la Corriente de Norton (LN). . Cortocircuitar los bornes cd, luego insertar el multímetro (trabajando con micro ó miliamperimetro DC) en dichos bornes y medir la corriente. e Calculo de la resistencia Equivalente (REQ). . Con los bornes c-d a circuito abierto, retirar la fuente y cortocircuitar los bornes a-b, luego medir con el Multimetro (trabajando como ohmimetro) la resistencia entre los bornes c— d (Rea). . Conectar la fuente en los bornes c-d a una tensión de 20 voltios, midiendo la corriente que entrega dicha fuente (1) la resistencia equivalente será: REQ= 20/1. CUESTIONARIO: - Hacer un diagrama del circuito usado, indicando las mediciones efectuadas en la carga en los pasos 1, 2, 3. . Con las mediciones efectuadas armar el circuito Thevenin y Norton equivalentes y verificar la tensión y corriente en la carga Explicar los errores que se puedan tener. . Con los datos de las resistencias medidas, hallar las incógnitas de RL en forma directa. Hallar teóricamente el circuito Thevenin y Norton, Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi — Ing. Tarazona IV. v. Guía de Loboratorio de Circuitos Eléctricos 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA t a Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia PROCEDIMIENTO: Implementar los circuitos mostrados en la figura u otro circuito según lo que indique el profesor. 2. Conectar la fuente de tensión en los bomes a — b. 3. Medir las resistencias de los resistores del circuito, y el rango de resistencia del potenciómetro (R:). 4. Encender la fuente de tensión y regularla a 20 voltios u otra tensión que indique el profesor. 5. Manteniendo la tensión anterior, variar la resistencia variable (Ri) desde a O Ohmios hasta su valor máximo, tomando por lo menos 10 valores de voltaje y corriente en la rama donde se encuentra Ri. CUESTIONARIO: Hacer un diagrama del circuito utilizado y en un cuadro aparte, dar los valores de V. e l. obtenidos por medición directa, y el correspondiente valor de RL determinado indirectamente. En la misma tabla indicar el valor de la potencia PL, que se consume en Ri y P que entrega la fuente, en cada caso de los determinados anteriormente. Graficar FL — VS- Ri, para determinar gráficamente el valor de Ri con el Ing. Sinchi— Ing. Tarazona 10 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA dl Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia que se obtiene el valor de la resistencia de carga que absorbe la máxima potencia. Calcular en cada caso el valor de la eficiencia *n" PL Potencia por Ri P1 Potencia entregada por la fuente Graficar “n” —vs- Ri y determinar el valor de *n” correspondiente al valor de Ri que da la potencia máxima. Comparar el valor de RL obtenido gráficamente, que da la máxima potencia, con la resistencia que presenta la red pasiva entre los bornes od. Dar el circuito Thevenin equivalente de la red activa que alimenta Ri en el circuito utilizado, mostrando el valor de RL que absorbe la máxima potencia, y *N”, En un circuito con fuentes controladas, ¿Cómo se obtiene la Máxima Potencia de Transferencia? Demuestre. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos ¿Angr8inchi-— Ing. Tarazona 11 UNIVERSIDAD MACIONAL DE INGENTERIA YA Escultad de Ingeniería Mecánica — FIM Iv. Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos | Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia > mm eN Circuito 2 Circuito 3 PROCEDIMIENTO . Armar los circuitos mostrados en la figura, previa medición de las resistencias y/o capacitancias. Seleccionar una frecuencia de 60 Hz y una amplitud de 5 voitios en el generador de ondas (G) a-b. Seleccionar el selector de ondas sinusoidales del generador de ondas (G). Conectar los bornes a-b al canal | dei osciloscopio y los bomes c-d a! cana! Il del osciloscopio, y anotar las principales características de la onda mostrada por el mismo (VMAX, periodo, etc.). Repetir los pasos anteriores para una frecuencia de 200 Hz y 1000 Hz. Seleccionar el selector de ondas cuadradas y repetir los pasos 1, 2 y 4. Seleccionar el selector de ondas triangulares y repetir los pasos 1, 2, 4. Ing. Sinchi— Ing. Tarazona Ja 8. Para el caso del circuito 3, además observar el desfasaje entre el voltaje del Generador de funciones con señal sinusoidal y la tensión sinusoidal en el condensador de dicho circuito. CUESTIONARIO . Explicar el principio de funcionamiento del osciloscopio y el generador de ondas. Asimismo enumerar sus diversos usos. Explicar el principio de funcionamiento del diodo y del puente de diodos y su aplicación en electricidad. Explicar el método empleado para hallar el desfasaje entre voltajes de la Fuente y del condensador en un circuito R-C. ¿Qué otros métodos existen? Elaborar un cuadro de los valores eficaces y medios visualizados en el multimetro, osciloscopio y los calculados teóricamente por fórmulas, indicando % de error. Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi—4Ing. Tarazona 14 ' 1] ¡yd ña! á. 5. 6. Fa B. oT UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA A Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia PROCEDIMIENTO: Implementar los circuitos mostrados, verificar la continuidad en todos los tramos del circuito con el multímetro. Aplicar una señal cuadrada en el Generador de Funciones con Una frecuencia adecuada a los valores de la Resistencia y el Condensador del circuito RC. Considerar la constante de tiempo. Observar las formas de ondas en el Osciloscopio de las Señales de entrada en el Generador y de salida en el Condensador en el caso de Circuito Integrador y en la Resistencia en el caso de Circuito Derivado: utilizando los Canales del Osciloscopio. Varie los valores de Resistencia y Condensador Obteniéndose diferentes constantes de tiempo por Consiguiente para diferentes frecuencias. Medir los valores característicos de amplitud y de periodos de Tiempos de las diferentes señales de entrada y salida. S: La tierra de ambos canales deben estar conectados a unz misma conexión, es decir deben concurrir a un nodo. Con el voltimetro verifique el valor que se aprecia en el osciloscopio usando la escala correspondiente IV. CUESTIONARIO: Para cada juego de valores de Resistencia y condensador calcule teóricamente la constarite de tiempo del circuito R-C y verifiquelo en forme experimental. Comparar la constante de tiempo teórica con la hallada expermentalmente hallando sus errores relativos porcentuales y elabore una tabla de sus resultados. Explique porqué a los circuitos utilizados se les denomina circuito derivador e integrador. Explique la influencia que tiene la frecuencia de la señal en los circuitos Integrador y Derivador. Explique qué sucede con la amplitud de la señal de salida cuando se varía la frecuencia de la señal de entrada. Encontrar analiticamente el desarrollo en serie de Fourier de la señal de entrada y las señales derivadas e integradas. Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi —Ing. Tarazona 16 hh UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA VA Facultad de Ingeniería Mecánica — FIM | Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES: PARTE Il: CIRCUITOS TRANSITORIOS DE SEGUNDO ORDEN RLC SERIE | OBJETIVOS: a) Observar la respuesta de un sistema de segundo orden "RLC”, con amortiguamiento subcrítico y crítico. b) Medir experimentalmente “T” y * a< "de la respuesta. c) Determinar el comportamiento del circuito “RLC. ll. ELEMENTOS A UTILIZAR: Una inductancia de 2,8 H y 205 ohm internos en serie Un Condensador de 0.1 uf/ 35 W, Dos resistencias de Rc, una de 25k y otra de 50 k. Potenciómetro de 10k. Un generador de A.F. de onda cuadrada. Un osciloscopio. Cables de conexión. e Un multímetro ” NL. CIRCUITO A UTILIZAR: ¡RULO K Ohm 150% * 28 m+ 100 F70% 25 k Cnm IV. — PROCEDIMIENTO: 1. Armar el circuito mostrado de la fa. adjunta con Re=25k 2. Energizar el circuito con el generador de onda cuadrada el cual debe entregar la menor frecuencia de oscilación (20 H2) 3. Varíe el potenciómetro hasta observar la onda sub-amortiguada, Mida y torne nota del periodo "T” y del decremento logarítmico. Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi— Ing. Tarazona UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENTERIA t 4 Facultad de Ingeniería Mecánica — TIM | Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia EXPERIENCIA NN” 5: RELACIONES ESCALARES Y COMPLEJAS EN CIRCUITOS LINEALES AC I, OBJETIVO: Determinar experimentalmente la variación de la intensidad y el voltaje a través de los elementos R-L-C, al aplicarles un voltaje alterno sinusoidal. li, ELEMENTOS A UTILIZAR: e 1 Autotransformador (Variac) AC 220 V — 5 Amp. e 2 Resistencias variables AC (Ri y Ra). + 1 Banco de Condensadores AC. e 1 Pinza amperimétrica (A, Ax y Az). « 1 Multimetro digital (c/voltimetro) (V, Va, y V2) « 1 Bobina (L) AC 220V- 3A HI, CIRCUITOS A UTILIZAR: VIA , e] | > (A) al o” a | 1 Mo |, E 60HZ 3 _ EA “ 3 | —L. Ey CIRCUITO N*1 Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi— Ing. Tarazono 19 CIRCUITO N” 3 ¡V. PROCEDIMIENTO: Medir las resistencias, capacitancias e inductancias de los elementos que se utilizarán en la experiencia asimismo medir la resistencia interna de la bobina. >» CASO! 1. Establecer el circuito N* 1. La resistencia Ri está en su máximo valor. 2. Verificar la escala de los instrumentos para evitar posibles daños 3. Regular el autotransformador hasta obtener 150 voltios en su salida. 4. Veríe el valor de R procurando que la corriente que registra el amperímetro (A) aumente de 0,2 a en 0,2 A; hasta el valor máximo de 2 Amperios (Tornando en cuenta los valores de R; y la reactancia de la bobina, calcular la corriente que circulará por el circuito a fin de no sobrepasar este valor máximo). Guía de Laboratorio de Circuitos Eléctricos Ing. Sinchi — Ing. Terazona 20