Mediciones eléctricas X

Transcripción

1 Medcones eléctrcas X Proesor: Gabrel Ordóñez Plata Ampérmetro Sstema Eléctrco Vóltmetro

2 Clase Prncpo de operacón Subclase Campo de aplcacón Electromagnétco Electrodnámco Interaccón entre correntes y campos magnétcos Interaccón entre correntes Imán móvl Bobna móvl Herro móvl C.C C.C C.C / C.A C.C / C.A Electroestátco Interaccón electroestátca C.C / C.A Térmco Induccón Eecto térmco de la corrente Induccón magnétca Accón drecta Accón ndrecta C.C / C.A C.C / C.A C.A Electrónco Procesamento de señales Analógco Dgtal C.C / C.A C.C / C.A Galvanómetro D Arsonval (IPBM) Reerenca: Instrumentos y Medcones. Adrán E. Roncon, Unversdad Naconal de Qulmes

3 Galvanómetro D Arsonval (IPBM) escala puntero Fuerza restauradora Fuerza delectora bobna Resorte Galvanómetro D Arsonval (IPBM) Reerenca: Measurement, Instrumentaton, and Sensors Handboo CRCnetBase, 999 3

4 Vóltmetro electromagnétco: tco: basado en Galvanómetro D Arsonval F NBlI T Fd NBldI I r θ λ rθ r I λ rθ r V R + r r R m I I ( R + R ) V a c Característcas del Galvanómetro D Arsonval (IPBM) Bajo consumo de potenca La correntes a plena escala son pequeñas El nstrumento es relatvamente nmune a los eectos de campos magnétcos parástos La escala del nstrumento es lneal Como vóltmetro tenen una sensbldad alta Constante de tempo pequeña que le permte una rápda respuesta a los cambos de la corrente Bajo costo 4

5 Aplcacones del Galvanómetro D Arsonval (IPBM) Las aplcacones más comunes de este nstrumento son: Vóltmetro CC Ampermetro CC Ohmetro Vóltmetro y Ampermetro de CA Vóltmetro de corrente contnua Vóltmetro conguracón sere Vóltmetro conguracón paralelo 5

6 Ampermetro de corrente contnua Ohmetro Ohmetro conguracón sere Ohmetro conguracón paralelo 6

7 Multímetro analógco Reerenca: Medcón n de tensón n y corrente en sstemas de corrente alterna con el Galvanómetro D Arsonval Reerenca: HANDBOOK FOR ELECTRICITY METERING 0TH EDITION, 00 7

8 Prncpo de unconamento de las pnzas de corrente Reerenca: Pnzas de medcón n de tensón n y corrente tensón n y corrente con el Galvanómetro D Arsonval Reerenca: HANDBOOK FOR ELECTRICITY METERING 0TH EDITION, 00 8

9 Instrumentos electrodnámcos: Estos nstrumentos constan de dos bobnas una ja y otra móvl, por las cuales crcula correntes proporconales a las cantdades a medr. La energía almacenada en el campo magnétco de las bobnas es: L L e + + M Sendo y L las correntes e nductancas asocadas con cada bobna, y M la nductanca mutua entre ellas. El torque entre las dos bobnas es gual a: τ de dθ dm dθ Instrumentos electrodnámcos El torque restaurador no depende de las nductancas L y L, ya que el desplazamento θ no depende de estas nductancas. En el ancho de banda permtdo, la ndcacón no es aectada por la orma de onda. Con los elementos apropados (resstencas, shunts) estos nstrumentos pueden congurarse para medr valores ecaces de tensones, correntes y la potenca meda de un sstema. Estos nstrumentos pueden tener una clase entre 0, y. En la actualdad son utlzados en la ndustra. El ancho de banda puede llegar a ser de KHz. 9

10 Instrumento electrodnámco Instrumento electrodnámco 0

11 Instrumento electrodnámco Reerenca: Instrumentos y Medcones. Adrán E. Roncon, Unversdad Naconal de Qulmes Instrumentos electrodnámcos t) L m L e + T C T C m dt m dt CI T T 0 τ () t ( de dθ T 0 + ( t m ) C dm dθ m M de τ C m d θ dm dθ I m cos ( β )

12 Instrumentos electrodnámcos T T C T C m dt m dt CI T T 0 τ s s r τ t τ t 0 s () t θ () t λ () t λ ( ) ( ) C () t r () t () t s s m I m cos ( β ) λ r C s I I m cos ( β ) Instrumentos electrodnámcos

13 Vóltmetro electrodnámco I I m V R λ r C s V R v V Wattmetro electrodnámco 3

14 Wattmetro electrodnámco Wattmetro electrodnámco τ () t de dθ ( t m ) m ( t ) ( t) v () t dm dθ T w T C t v t dt v t t dt T ( ) ( ) T ( ) ( ) 0 λ r w s T 0 P w P 4

15 Medda de potenca actva a la recuenca del sstema Sstema trásco de cuatro hlos Medda de potenca actva a la recuenca del sstema Sstema trásco de tres hlos 5

16 Instrumentos de nduccón: El unconamento de este nstrumento se basa en la nduccón de pares electromagnétcos debdos a la nteraccón entre los campos magnétcos generados por una señal de tensón y otra de corrente en un dsco metálco (generalmente de alumno) y es el prncpo de medcón de energía eléctrca analógco Meddor de energía de nduccón Un contador de energía analógco uncona bajo el sguente prncpo: Para producr torque sobre un elemento móvl, sobre éste deben actuar dos lujos alternos que cumplan con las sguentes condcones: No deben estar en ase en el tempo. Deben estar aplcados en dos lugares derentes del elemento móvl a lo largo de la dreccón del movmento propuesto. 6

17 Meddor de energía de nduccón La bobna de tensón es altamente nductva, por lo tanto la corrente que crcula por ella y por consguente el lujo magnétco se atrasa 90 con respecto a la tensón. La bobna de corrente tene pocas espras y esta devanada sobre materal magnétco, por consguente es nductva. El actor de potenca de esta bobna esta entre 0,5 y 0,7 es decr el ángulo de atraso entre 60 y 45. El eecto de la mpedanca de esta bobna es desprecable con relacón a la mpedanca de la carga. La tensón y la mpedanca de la carga son las que determnan el ángulo de ase entre las correntes que generan el lujo magnétco Meddor de energía de nduccón 7

18 Meddor de energía de nduccón ( ) ω VI cosθ t t t ( ) ωdt VI cos θ dt t N E Conexón de meddores de energía eléctrca en sstemas tráscos Los meddores de energía eléctrca de sstemas tráscos se dseñan a partr del meddor monoásco ya sea sumando las estmacones obtendas con dos o tres meddores monoáscos o desarrollando un sstema de medcón trásco que al nal corresponde a la combnacón de sstemas monoáscos. 8

19 Contador trásco de dos elementos Contador trásco de tres elementos 9

20 Instrumentos electroestátcos: Estos nstrumentos constan de electrodos jos y móvles (dscos o placas) que están aslados entre s, ormando un condensador. La energía almacenada por el condensador es gual a: () t c[ v() t ] w Instrumentos electroestátcos El torque debdo a la atraccón entre electrodos es: τ dw dθ El torque de restauracón (sumnstrado por un resorte), es proporconal al desplazamento angular θ. S la constante de tempo del sstema mecánco es grande comparada con el período de aplcacón del torque, la delexón del ndcador es uncón del valor ecaz de la tensón: θ V dc dθ 0

21 Instrumentos electroestátcos Donde V es la tensón ecaz y una constante. S dc/dθ es constante, la delexón del ndcador (θ) depende del cuadrado de V. Las escalas de los nstrumentos son graduadas para ndcar V. En el ancho de banda permtdo, la ndcacón no es aectada por la orma de onda. Combnado el vóltmetro electrostátco con un shunt, puede dseñarse un ampérmetro. Tambén se pueden dseñar meddores de potenca con este prncpo. Estos nstrumentos pueden tener una clase entre 0,5 y. Su aplcacón más mportante es en la medcón de tensones altas. Vóltmetro electroestátco

22 Vóltmetro electroestátco F W cv dw V ds dc ds dw V dc T dθ dθ r r θ s Instrumentos térmcos: Estos nstrumentos operan mdendo el ncremento de la temperatura τ de un elemento con resstenca R que se calenta por la crculacón de una corrente eléctrca. La potenca dspada por esta resstenca es: p R S la constante térmca es grande comparada con las constantes de la señal eléctrca y s además la resstenca es constante y la pérdda de calor es proporconal al ncremento de temperatura se tene que: Δ( temp ) I

23 Instrumentos térmcos Dentro del ancho de banda permsble, el aumento de temperatura del elemento calentador es uncón del valor ecaz de la corrente sn mportar su orma de onda. El ancho de banda puede r desde los 0 Hz hasta 50 MHz. La temperatura se mde con una termocupla, que tene su punta calente en contacto con el elemento calentador y la punta ría al ambente. Con nstrumentos que utlcen dspostvos monolítcos para las lamnas de calentamento, transstores para sensar la temperatura y amplcadores se pueden construr vóltmetros dgtales para meddas con clase entre 0,0 y 0, Instrumentos térmcos 3

24 Instrumentos térmcos para medr tensón o corrente C D A B Galvanometro D Arsonval Wattmetro térmco Las característcas de este wattmetro son las sguentes: S << r y S << r r r r r << R 4

25 L 0 Δe Wattmetro térmco S L r + S L 0: p p v R + r e e Δe 0 p + L p [ L ] [ ] ( ) [ + ] [ ] Δe 4 p L 4 ( t ) ( t ) P p L T v T p L L Wattmetro térmco 5