Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Guía de Prácticas de Laboratorio. Materia: Análisis de Circuitos Eléctricos II

Transcripción

1 Instituto Tecnológico de Querétaro Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Guía de Prácticas de Laboratorio Materia: Análisis de Circuitos Eléctricos II Laboratorio de Ingeniería Eléctrica Adolfo Equihua Tapia Santiago de Querétaro, Qro. Junio 2012 Elaboró Ing. Alberto Pantoja Flores Editora Dulce María de Guadalupe Ventura Ovalle Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro, CP Tel: ext. 4418

2 CONTENIDO PRÁCTICA No. 1. CARACTERÍSTICAS TÍPICAS SENOIDALES OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 5 PRÁCTICA No. 2. CIRCUITOS RL SERIE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 7 PRÁCTICA No. 3. TRASLADO DE FUNCIONES DEL DOMINIO DEL TIEMPO AL DOMINIO DE LA FRECUENCIA Y VICEVERSA OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 9 PRÁCTICA No. 4. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS RLC EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA USANDO EL MÉTODO DE MALLAS OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.5. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS RLC EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA USANDO EL TEOREMA DE THEVENIN OBJETIVO INTRODUCCIÓN... 13

3 3. MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.6. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS RLC EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA USANDO COMBINADAMENTE EL MÉTODO DE SUPERPOSICIÓN Y EL MÉTODO DEL TEOREMA DE THEVENIN OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.7. POTENCIA PROMEDIO Y APARENTE Y FACTOR DE POTENCIA OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.8. CORRECCIÓN DEL FP ATRASADO EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No OBJETIVO INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA PRÁCTICA No.10. CONECTORES ESTRELLA Y DELTA EN TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS OBJETIVO INTRODUCCIÓN... 23

4 3. MARCO TEÓRICO EQUIPO Y MATERIALES METODOLOGÍA... 23

5 PRÁCTICA No. 1. PRÁCTICA No. 1. CARACTERÍSTICAS TÍPICAS SENOIDALES No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Conocer las características típicas de las senoidales y aprender a determinar sus valores. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 osciloscopio convencional con sonda atenuada. 1 juego de desarmadores de precisión. 1 generador de funciones con punta. 1 mesa de trabajo. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Investigar cuáles clases de fuentes de excitación senoidal existen en el laboratorio de eléctrica Con un osciloscopio convencional determinar las características típicas de una señal senoidal entregada por un generador de funciones (la señal la fija el profesor). Aquí debe determinarse: forma de onda, Vm, T, f y ω. Usar sonda con atenuación de Hacer un listado de las fuentes de excitación senoidal existentes en el laboratorio de eléctrica. Anotar para cada fuente: voltaje, frecuencia y corriente o potencia y sus fases Para el ejercicio 5.1.2, hacer los registros en la Tabla Dibujar la senoidal correspondiente a los datos obtenidos en la Tabla Diagramas o dibujos Página 5 de 23

6 5.3 Tablas INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO PRÁCTICA No. 1. FORMA DE ONDA # DE DIVIS AMPLITUD VOLTS DIV ATEN Vm # DE DIV FRECUENCIA TIME DIV T f ω Tabla Precauciones y/o Notas Página 6 de 23

7 PRÁCTICA No. 2 PRÁCTICA No. 2. CIRCUITOS RL SERIE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Entrenarse en la solución RL serie en el dominio del tiempo usando el modelo matemático V i(t) = m ωl cos (ωt R 2 +ω 2 tan 1 ) obtenido para calcular la respuesta forzada senoidal L2 R en dicho circuito. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 reóstato de 300Ω a 1 A. 1 bobina de 1 H a 1 A. 1 Multímetro digital. Extensión con clavija y bananas. 2 bananas medianas. 1 mesa de trabajo con alimentación en corriente alterna de 127 V, 60 Hz. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En el circuito de la Fig. 1, calcular I(t) y V(t) en t=0, 4.167, 8.335, y Con los valores de hacer un diagrama de ondas que muestre i(t) y V(t) desde t=0 ms hasta t= ms Interpretar las senoidales de y comparar los valores de I(8.335) e i(16.67) y justificar magnitud y signo de dichas corrientes Construir el circuito dado en 5.1.1, medir I(16.67) y comparar este valor con el obtenido en para I(16.67). Página 7 de 23

8 PRÁCTICA No Diagramas o dibujos Fig. 2.1 NOTA: Para calcular V(t) considerar que el valor Veff de 127 Vrms, 60 Hz corresponde a la función: V( t) 127 2sen(2 60t 90 ) 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Página 8 de 23

9 PRÁCTICA No. 3. PRÁCTICA No. 3. TRASLADO DE FUNCIONES DEL DOMINIO DEL TIEMPO AL DOMINIO DE LA FRECUENCIA Y VICEVERSA No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas. 1. OBJETIVO Comprender la diferencia fundamental entre los dominios del tiempo y de la frecuencia y ejercitarse en el proceso matemático para ir de un dominio a otro. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 bobina de 1 H a 1 A. 1 multímetro digital. 1 extensión con clavija y bananas. 2 bananas medianas. 1 mesa de trabajo con alimentación en corriente alterna de 127 V, 60 Hz. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En base al diagrama del punto Matemáticamente determinar la función de excitación senoidal en el dominio del tiempo Vs(t) (redondear valores) Trasladar la función de al dominio de la frecuencia V(ω) hasta obtener el fasor Vs Sabiendo que en un circuito L, la relación fasorial entre el voltaje y corriente está dada por la ecuación V Z I, calcular el fasor corriente. L Trasladar el fasor corriente obtenido en al dominio del tiempo y determinar IL(t) Dibujar el diagrama de ondas de IL(t) y Vs(t) desde t=0 ms hasta t=16.67 ms Analizar los valores de I(4.167) e i(12.501) y justificar magnitud y signo de dichas corrientes. Página 9 de 23

10 PRÁCTICA No De los valores de I y de I(4.167) obtenidos en 3.3 y 3.6 respectivamente y Im sabiendo que: Ieff calcular Ieff Construir y energizar el circuito dado y medir la corriente que circula por el inductor y comparar los valores teóricos con los valores reales y justificar la diferencia. 5.2 Diagramas o dibujos 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Fig Página 10 de 23

11 PRÁCTICA No. 4. PRÁCTICA No. 4. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS RLC EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA USANDO EL MÉTODO DE MALLAS No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Aplicar los conocimientos de los fasores voltaje y corriente y de las impedancias en la solución de circuitos RLC comprobando que los cálculos se facilitan si se trabaja en el dominio de la frecuencia. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 2 reóstatos de 200Ω 1 A. 1 inductor de 1H 1 A. 1 capacitor para corriente alterna de 8.8 μf 0.4 A. 1 multímetro digital. 1 fuente de corriente alterna de 127 V, 60 Hz. 1 multicontacto. 1 clavija con caimanes. 3 bananas cortas. 5 bananas medianas. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Usando fasores y por el método de mallas calcular la corriente máxima para I2(t) que circula por el capacitor de la Fig Asumiendo que el capacitor dado en acepta como máximo 0.4 Arms, determinar si se puede o no construir el circuito Sólo si la respuesta de es afirmativa construir el circuito de De ser negativa la respuesta de 5.1.2, aquí terminará la práctica y se argumentará por qué no se construye el circuito. Página 11 de 23

12 PRÁCTICA No Si el circuito se construyó, según 5.3.3, energizar el circuito y medir I2eff. Convertir el valor I2eff a valor I2máx y comparar este valor máximo de I 2 según los cálculos de De haberse realizado 5.1.5, hacer una tabla que muestre los valores teóricos y reales de la corriente máxima en el capacitor tanto en el dominio de la frecuencia como en el dominio del tiempo Diagramas o dibujos Fig Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Hacer las conversiones necesarias entre los dominios Página 12 de 23

13 PRÁCTICA No. 5. PRÁCTICA No.5. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS RLC EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA USANDO EL TEOREMA DE THEVENIN No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Corroborar que para calcular una sola corriente en una red multimalla, el método del teorema de Thevenin facilita el cálculo mejor que otros métodos. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 fuente de corriente alterna de 127 V, 60 Hz. 1 resistor de 300Ω. 1 resistor de 600Ω de A o más (usar una década de resistores). 1 capacitor de corriente alterna de 4.4 μf 0.2 A (esta en la década de capacitancias). 1 inductor de 1.6 H, A (esta en la década de inductores). 1 multímetro digital. 1 clavija con bananas. 6 bananas medianas. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Usando el teorema de Thevenin, calcular la corriente I oc que circula por el resistor de 600Ω en el diagrama del punto Determinar el valor RMS de I oc obtenido en y especificar el ángulo de desfasamiento precisando si la I oc se adelanta o se atrasa a Vc Construir el circuito de Fig usando como fuente de voltaje de corriente alterna con un valor de 127 V, 60 Hz de las barras multicontacto, medir I OCRMS y comparar este valor con el valor obtenido en Página 13 de 23

14 PRÁCTICA No Diagramas o dibujos Fig. 5.1 NOTA: Para simplificar los cálculos, considerar un =j600ω. V( s) V, Z2=-j300Ω, Z3 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Página 14 de 23

15 PRÁCTICA No. 6 PRÁCTICA No.6. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS RLC EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA USANDO COMBINADAMENTE EL MÉTODO DE SUPERPOSICIÓN Y EL MÉTODO DEL TEOREMA DE THEVENIN No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Comprobar que en algunos casos es práctico combinar dos métodos de solución de circuitos eléctricos pues de esa manera se logra un resultado más directo, rápido y seguro. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 2 reóstatos de 200Ω 1 A. 1 inductor de 1 H a 1 A. 1 capacitor para corriente alterna de 8.8 μf 0.4 A. 1 multímetro digital. 1 fuente de corriente alterna de 127 V, 60 Hz (barra multicontacto de la mesa). 1 clavija con caimanes. 3 bananas cortas. 5 bananas medianas. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica De la Fig. 6.1 por el método del teorema de Thevenin y en donde para encontrar el voltaje Thevenin del equivalente de Thevenin entre las terminales a y b se use el método de superposición, calcular la corriente Ieff56 que circula por el resistor de 56 Ω Construir el circuito y medir Ieff56. Página 15 de 23

16 PRÁCTICA No Obtener al menos dos conclusiones de comparar el valor medido contra el valor calculado. 5.2 Diagramas o dibujos 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Fig. 6.1 Página 16 de 23

17 PRÁCTICA No. 7. PRÁCTICA No.7. POTENCIA PROMEDIO Y APARENTE Y FACTOR DE POTENCIA No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Comprender qué son las potencias promedio, aparente y el factor de potencia. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 Wattmetro monofásico digital. 1 multímetro digital. 1 extensión con clavija. 1 resistor de 150 Ω- 600 W (parrilla eléctrica). 1 resistor de 24 Ω 75 W (reóstato de Ω, 1 A). 1 inductor de 1 H a 1 A. 4 puntas mixtas. 4 bananas medianas. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En el circuito de la Fig. 7.1 calcular: Veffs, Ieffs, Ps, IeffL, PL Construir el circuito de y medir Veffs, Ieffs, Ps, IeffL, PL Con los valores de Veffs, Ieffs y Ps de determinar el FP cos En una tabla registrar los valores de 5.1.1, y Analizar la tabla y justificar las diferencias de valores reales y teóricos de Ps y PL Página 17 de 23

18 PRÁCTICA No Diagramas o dibujos 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Fig. 7.1 Página 18 de 23

19 PRÁCTICA No. 8. PRÁCTICA No.8. CORRECCIÓN DEL FP ATRASADO EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Aprender a calcular e instalar cargas capacitivas para corregir factores de potencia atrasados en circuitos monofásicos. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 motor monofásico arranque por capacitor de ¼ HP, 1725 RPM, 127 V, 5.6 A, 60 Hz, 1 Fase. 1 Wáttmetro digital monofásico. Clavija con bananas. 4 caimanes. 2 puntas mixtas. 12 bananas #3. capacitores (el alumno define características y cantidades). 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Conectar el motor monofásico didáctico de arranque por capacitor de ¼ HP, 1725 RPM, 127 V, 5.6 A, 60 Hz, 1 fase según el diagrama y esquema de conexiones de la Fig Energizar el motor de y con un Wáttmetro digital monofásico medir el voltaje de alimentación, la corriente que fluye por el motor y la potencia promedio entregada al motor Con los datos de 5.1.2, calcular la potencia aparente y determinar el FP con el que esta operando el motor. Página 19 de 23

20 PRÁCTICA No Con los datos de 5.1.3, obtener la potencia compleja entregada al motor Calcular la carga capacitiva que al conectarse en paralelo con el motor permita una operación con un factor de potencia de 0.85 atrasado. Especificar el capacitor o capacitares que deban instalarse y solicitarlos a la caseta de materiales De no existir los capacitores determinados en 5.1.5, seleccionar la combinación que mejor se aproxime y realizar los cálculos necesarios para definir el FP con el que podría operarse Hacer los nuevos diagramas y esquema de conexiones del motor incluyendo el capacitor o capacitares definidos en o en Hacer la conexión según y energizando el motor medir el voltaje de alimentación, la corriente que fluye por el motor, la potencia promedio entregada al motor. Determinar luego el nuevo FP con que se opera ahora y comparar este FP con el obtenido en y analizar resultados de la comparación y sacar conclusiones. 5.2 Diagramas o dibujos Fig. 8.1 Diagrama de conexiones 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Fig. 8.2 Esquema de conexiones Página 20 de 23

21 PRÁCTICA No. 9. PRÁCTICA No. 9. No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Adquirir habilidades para determinar y corregir el FP con que operan las instalaciones monofásicas de CA. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 Motor monofásico, arranque por capacitor de ¼ HP, 1725 RPM, 127 V, 5.6 A, 60 Hz, 1 fase. 1 Wáttmetro digital monofásico. 1 clavija con bananas. 1 multímetro digital. 1 lámpara incandescente de 100W- 127 V AC. 1 parrilla eléctrica en corriente alterna de 750 W- 127 V. 1 capacitor para corriente alterna de 10 μf 250 V. Puntas mixtas, bananas y caimanes (el alumno determina la cantidad). 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Construir la red monofásica de CA que se muestra en el diagrama de la Fig Por medición directa, determinar el FP con que está operando la red monofásica Calcular la carga capacitiva para operar con un FP mínimo a 0.85 atrasado Conseguir lo necesario y conectando la carga capacitiva calculada en 5.1.3, determinar el nuevo FP con que opera la red y observar si se obtuvo el FP calculado Obtener dos conclusiones de los ejercicios realizados. NOTA: Si el mínimo FP de 0.85 deseado en 5.1.3, se ha superado en la red dada, fijar un nuevo FP mejor que el que da dicha red y realizar los pasos desde hasta Página 21 de 23

22 PRÁCTICA No Diagramas o dibujos 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Fig. 9. Página 22 de 23

23 PRÁCTICA No. 10. PRÁCTICA No.10. CONECTORES ESTRELLA Y DELTA EN TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas 1. OBJETIVO Conocer y comprender las conexiones Y y en sistemas trifásicos balanceados. 2. INTRODUCCIÓN 3. MARCO TEÓRICO 4. EQUIPO Y MATERIALES 1 Transformador trifásico didáctico de 220, 440/50, 87 V, 60 Hz. 15 bananas cortas. 2 bananas medianas. 4 bananas largas. 1 multímetro digital. 5. METODOLOGÍA 5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para un transformador trifásico didáctico de 3 kv A, 220, 440 / 50,87 V y con base en su esquema de terminales: Hacer el esquema de conexiones conectando el primario en Y. y el secundario, primero en y luego en Y Hacer la conexión Y-, alimentar el primario con 220 V, AC, 60Hz y medir los voltajes de línea (VL) y de fase (VP) tanto en el primario como en el secundario Hacer la conexión Y-Y, alimentar el primario con 220V, AC, 60 Hz y medir los voltajes de línea (VL) y de fase (VP) tanto en el primario como en el secundario Hacer una tabla comparativa que muestre los valores de los voltajes medidos en y Obtener dos conclusiones de los ejercicios realizados. 5.2 Diagramas o dibujos 5.3 Tablas 5.4 Precauciones y/o Notas Página 23 de 23