Prctica 2

n INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y ElctricaESIME ZacatencoDepartamento de ingeniera elctricaAcademia de circuitos elctricosLaboratorio de circuitos de anlisis IIPrctica numero 2RESPUESTA EN RGIMEN PERMANENTE DE UN CIRCUITO SERIE RC A LA FUNCIN EXCITATRIZ SENOIDAL equipo 2A: Grupo: 5EV4Seccin AIntegrantes:Numero de Boleta: Villanueva len Juan Eduardo 2014302554Dorantes Arias Ever2014300451avellaneda Ramrez Jos ngel 2013300366

Fecha de realizacin: 18/09/2015Fecha de entrega de la prctica 25/09/15Profesor titular: JOSE OSCAR PATLAN FRAUSTROProfesor auxiliar: MARGARITO JAVIER CABAAS AMBOSIOProfesor auxiliar: ODILN GOMEZ MARTINEZ Calificacin: ________________________

1. Objetivos.32. Instrumentos empleados.... 33. Diagramas elctricos y el procedimiento............ 44. Esquemas fsicos de la instalacin y los instrumentos.. 85. Tablas, clculos, mediciones y resultados.......................................................10 6. Simulacin en Multisim.... 147. Conclusiones. 178. Bibliografa.... 179. Hojas de campo.... Anexo 110. Memoria de clculos Anexo 2

1.Objetivo

Observar el desplazamiento angular entre la tensin y la corriente en un circuito serie RC.

Medir el desplazamiento angular o ngulo de fase entre la tensin y la corriente de un circuito serie RC. Confirmar experimentalmente que el valor Z de la impedancia de un circuito serie viene dada por la ecuacin,

Comprobar que la dependencia entre Z, R y XC viene dada por la ecuacin,

donde es el ngulo entre R y Z. Comprobar experimentalmente que la impedancia compleja Z de un circuito RC serie es igual a,

Verificar que las relaciones existentes en la magnitud de la tensin aplicada V, la cada de tensin VR, entre los extremos de la resistencia R, y la cada de tensin VC, entre los extremos de la capacitancia C, estn expresadas por las ecuaciones siguientes:

Comprobar experimentalmente que el fasor de tensin aplicada V a un circuito RC conectado en serie es igual a,

2. MATERIALES EMPLEADOS

DispositivoCaractersticas

Resistor de 220 nominalesAlambre de aleacin de nquel y cromo u otro material, de [W] 5 [W].

Capacitor de 10 F.Capacitor elctrico de aluminio

Multmetro DigitalPower: Botn de apagado-encendido.Display: Pantalla de cristal lquido.Llave selectora deltipo y rango de medicin magnitud a medir.Rangos y tipos de medicinCables rojo y negro con punta

Interruptor de un polo un tiroIntercambiabilidad de montaje con los interruptores tipo ZCalificacin para 10A a 240VCATolerancia a temperatura de 82C (180F)

Tablero de ConexionesTablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrnicos y cables para armar circuitos.

Fuente de Alimentacin de Corriente DirectaTensin de salida (ajustable) de o a 30V, Corriente de salida de 0 a 6A, estabilidad de carga en la salida de tensin, estabilidad de carga en la salida de corriente.

Cables de ConexinCables tipo banana-banana, caimn-caimn, banana-caimn.

Programa MULTISIM versin 10.0.Este programa nos ayuda a visualizar de manera simulada el circuito.

3. DIAGRAMAS ELECTRICOS Y PROCEDIMIENTOA continuacin se muestran los diagramas que se utilizaran para el desarrollo de la prctica.

FIGURA No.1. MEDICIN DEL NGULO DE FASE ENTRE V E I, EMPLEANDO EL MTODO DE GRAFICACIN TENSIN-TIEMPO.

FIGURA No. 2. MEDICIN DEL NGULO DE FASE ENTRE V E I, EMPLEANDO EL MTODO DE GRAFICACIN X-Y.

FIGURA No. 3. MEDICIN DE LA IMPEDANCIA, POR EL MTODO DEL VLTMETRO-AMPRMETRO.

FIGURA No. 4. MEDICIN DE LA IMPEDANCIA, POR EL MTODO DEL VLTMETRO-VLTMETRO.

Imagen 1. Conexin de circuito para medicion del angulo de fase entre V e I.

Imagen 2. Seal eliptica mostrada en el osciloscopio

(DIAGRAMAS FSICOS. MEDICIN DEL NGULO DE FASE ENTRE E E I.)

(MEDICIN DE LA DETERMINACIN DE LA IMPEDANCIA POR EL MTODO DEL VLTMETRO AMPRMETRO.)

(MEDICIN DE LA DETERMINACIN DE LA IMPEDANCIA POR EL MTODO DEL VLTMETRO - VLTMETRO.)

DIAGRAMAS ELECTRICOS Y PROCEDIMIENTO

Fotografa 1. Multmetro digital.Fotografa 2. Tablero de conexiones.

Fotografa 3.ResistoresFotografa 4. Interruptor un polo un tiro.

Fotografa 5. Multmetro analgico electromecnico.

Circuito en serie.

Un circuito en serie es una configuracin de conexin en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.Siguiendo un smil hidrulico, dos depsitos de agua se conectarn en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batera elctrica suele estar formada por varias pilas elctricas conectadas en serie, para alcanzar as el voltaje que se precise. Circuitos RL Serie En este circuito se tiene una resistencia y una bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma. El voltaje en la bobina est en fase con la corriente que pasa por ella. (Tienen sus valores mximos simultneamente), pero el voltaje en la bobina est adelantado a la corriente que pasa por ella en 90 (la tensin tiene su valor mximo antes que la corriente).

El valor de la fuente de voltaje que alimenta este circuito est dado por las siguientes frmulas: Voltaje (magnitud) VS = (VR2 + VL2)1/2 Angulo = / = Arctang (Vl / VR). Estos valores se expresan en forma de magnitud y ngulo

Circuito serie RC

Figura 10. Circuito serie RC (a) y diagrama fasorial (b).

Se supone que por el circuito de la figura 10a circula una corriente:

Comoest en fase yretrasada 90 respecto a dicha corriente, se tendr:

La tensin total V ser igual a la suma fasorial de ambas tensiones,

Y de acuerdo con su diagrama fasorial (figura 10b) se tiene:

Al igual que en el apartado anterior la expresines el mdulo de la impedancia, ya queFigura 10. Circuito serie RC (a) y diagrama fasorial (b).

lo que significa que la impedancia es una magnitud compleja cuyo valor, segn el tringulo de la figura 11, es:

Obsrvese que la parte real resulta ser la componente resistiva y la parte imaginaria, ahora con signo negativo, la capacitiva.Funcionamiento de un circuito RC serieEn un circuito RC en serie la corriente (corriente alterna) que pasa por la resistor y por el capacitor es la misma

El voltaje entregado VS es igual a la suma fasorial de la cada de voltaje en el resistor (Vr) y de la cada de voltaje en el capacitor (Vc). Ver la siguiente frmula: Vs = Vr + Vc (suma fasorial)

Circuito RC serie en corriente alterna -

Esto significa que cuando la corriente est en su punto ms alto (corriente pico), ser as tanto en el resistor como en el capacitor.

Pero algo diferente pasa con los voltajes. En el resistor, el voltaje y la corriente estn en fase (sus valores mximos y mnimos coinciden en el tiempo). Pero el voltaje en el capacitor no es as.

Como el capacitor se opone a cambios bruscos de voltaje, el voltaje en el capacitor est retrasado con respecto a la corriente que pasa por l. (el valor mximo de voltaje en el capacitor sucede despus del valor mximo de corriente en 90o).

Estos 90 equivalen a de la longitud de onda dada por la frecuencia de la corriente que est pasando por el circuito.

El voltaje total que alimenta el circuito RC en serie es igual a la suma fasorial del voltaje en el resistor y el voltaje en el capacitor.

Este voltaje tiene un ngulo de desfase (causado por el capacitor) y se obtiene con ayuda de las siguientes frmulas:Valor del voltaje (magnitud): Vs = ( VR2+ VC2)1/2Angulo de desfase = Arctang (-VC/VR)Como se dijo antes - Lacorrienteadelanta al voltaje en un capacitor en 90 - Lacorrientey el voltaje estn en fase en unresistor.

Con ayuda de estos datos se construye el diagrama fasorial y el tringulo de voltajes.De estos grficos de obtiene la magnitud y ngulo de lafuente de alimentacin(ver frmulasanteriores):A la resistencia total delconjuntoresistor-capacitor, se le llamaimpedancia(Z) (unnombrems generalizado) y Z es la suma fasorial (no una suma directa) de losvaloresdelresistory de la reactancia del capacitor. La unidad de la impedancia es el "ohmio".La impedancia (Z) se obtiene con ayuda de la siguiente frmula:

Donde:- Vs: es la magnitud del voltaje- 1: es el ngulo del voltaje - I: es la magnitud de lacorriente - 2: es el ngulo de la corriente

Cmo se aplica la frmula?La impedancia Z se obtiene dividiendo directamente Vs e I y el ngulo () de Z se obtiene restando el ngulo de I del ngulo Vs.

El mismotringulo de voltajesse puede utilizar si a cada valor (voltajes) del tringulo lo dividimos por el valor de lacorriente (corrientees igual en todos los elementos en una conexinserie), y as se obtiene eltringulo de impedanciaNota: lo que est incluido en parntesis elevado a la 1/2, equivale a la raz cuadrada.

3.1 Diagrama elctricoTABLA No. 1. RESULTADOS DE LOS CALCULOS PARA OBTENER LA CORIENTE Y LAS CAIDAS DE TENSION DEL CIRCUITO DE LA FIGURA 7.

E=50.0 [V]RESISTENCIA

[]REACTANCIAXC

[]IMPEDANCIAZ

[]NGULO

[]CORRIENTEI

[mA]TENSIONES

VR

[V]VC

[V]

220-j 265.26344.62 _ -30-35-50.33145.131.9_50.538.5_-39.67

TABLA No. 2. RELACIONES DE FASE. MTODO TENSIN-TIEMPO

DISTANCIAT[mm]DISTANCIAa[mm]NGULO DE FASE

[]

801045

TABLA No. 3. RELACIONES DE FASE, MTODO DE LISSAJOUS.

DISTANCIAVP[mm]DISTANCIAVY[mm]NGULO DE FASE

[]

.664448.18

TABLA No. 4. LECTURASR1 = 219 []C = 10 [F]f = 60 [Hz.]VLTMETROVM[V]AMPRMETROAM[mA]

45.1198

50.1225

55.4318

TABLA No. 5. RESULTADOS DE LOS CLCULOS DE LAS MAGNITUDES PARA OBTENER LA IMPEDANCIA DEL CIRCUITO.

TENSIN PROMEDIOV[V]CORRIENTE PROMEDIOI[mA]RESISTENCIA

R[]TENSIN

VR[V]TENSIN

VC[V]REACTANCIA

XC[]NGULO

[]

50.1355.9158132.4738.12682.5949.59

TABLA No. 6. RESULTADOS DE LOS CALCULOS PARA OBTENER LA IMPEDANCIA, Z.

Z, VALOR ABSOLUTOZ, IMPEDANCIA COMPLEJA

[]

[]

[]

[]FORMA RECTANGULARR - jXCFORMA POLAR

896.21896.41896.25896.46581+ j682.5896.37_ 49.59

TABLA No. 7. LECTURAS.R1 =219 []C = 10 [F]f = 60 [Hz]VOLTMETROVM[V]VOLTMETROVMR[V]

45.329.64

49.532.22

5535.69

TABLA No. 8. RESULTADOS DE LOS CALCULOS DE LAS MAGNITUDES PARA OBTENER LA IMPEDANCIA DEL CIRCUITO.TENSIONPROMEDIOV[V]TENSIONPROMEDIOVR[V]RESISTENCIAR

[]CORRIENTEI

[mA]TENSIONVR

[V]TENSIONVC

[V]REACTANCIAXC

[]ANGULO

[]

50.3312.425825532.4938.43685.71 49.72

TABLA No. 9. RESUL T ADOS DE LOS CALCULOS PARA OBTENER LA IMPEDANCIA, Z, VALOR ABSOLUTOZ, IMPEDANCIA COMPLEJA

[]

[]

[]

[]FORMA RECTANGULARR + jXCFORMA POLAR

899.25898.63898.63898.72581+j685.19898.75_ 49.72

TABLA No. 10. RELACIONES DE LAS TENSIONES. VALORES ABSOLUTOS.

TENSIONPROMEDIOV[V]

[V]

[V]

[V]

50.35686.4850.3150.37

TABLA No. 11. TENSIONES EXPRESADAS COMO FASORES.

[V]

[V]

[V]

35.58

27.1762.75

Memoria de ClculoPrctica 2 Laboratorio de Anlisis de Circuitos II

avellaneda ramirez jose angel VILLANUEVA LEN JUAN EDUARDO EQUIPO 2 DORANTES ARIAS EVER5

HOJA DE CLCULO

Clculos previos Tabla No 1

R1= 220 RL= 230 F= 60Hz

L= 1.2 H E= 50V RT= R1+RL= 450

XL= WL = (60)(1.2)=452.38

Zt= ZR+ZL ZR= R