Principios básicos de la técnica de corriente alterna

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Manual de trabajo

Con CD-ROM

Festo Didactic 567219 es

técnica de corriente alterna

G _U _R IR C IC IL L I _P S QL 90° φ QC Y2 Y1

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Referencia: 567219

Datos actualizados en: 10/2010

Autor: Christine Löffler

Artes gráficas: Thomas Ocker, Doris Schwarzenberger

Maquetación: 07/2011, Susanne Durz

E-mail: [email protected]

Sin nuestra expresa autorización, queda terminantemente prohibida la reproducción total o parcial de este documento, así como su uso indebido y/o su exhibición o comunicación a terceros. El incumplimiento de lo anterior obligará al infractor a pagar una indemnización por daños y perjuicios. Quedan reservados todos los derechos inherentes, en especial los de patentes, de modelos registrados y estéticos.

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Contenido

Utilización debida ________________________________________________________________________ IV Prólogo _________________________________________________________________________________ V Introducción ____________________________________________________________________________ VII Indicaciones de seguridad y utilización _____________________________________________________ VIII Conjunto didáctico: Principios básicos de la técnica de corriente alterna (TP 1011) __________________ IX

Objetivos didácticos: Principios básicos de la técnica de corriente alterna ____________________________X Atribución de los ejercicios en función de objetivos didácticos:

Principios básicos de la técnica de corriente alterna _____________________________________________ XI Equipo didáctico _________________________________________________________________________ XIII Atribución de componentes y ejercicios en función de objetivos didácticos:

Principios básicos de la técnica de corriente alterna ___________________________________________ XVII Informaciones para el instructor ___________________________________________________________ XVIII Estructura de los ejercicios ________________________________________________________________ XIX Denominación de los componentes _________________________________________________________ XIX Contenido del CD-ROM ___________________________________________________________________ XX

Ejercicios y soluciones

Ejercicio 1: Determinación y forma de representar los parámetros característicos

de la técnica de corriente alterna __________________________________________________ 1 Ejercicio 2: Comprobación del rendimiento de un condensador _________________________________ 19 Ejercicio 3: Selección de la capacitancia apropiada de un filtro de paso alto _______________________ 39 Ejercicio 4: Reducción de picos de tensión al activar una bobina de válvula _______________________ 51 Ejercicio 5: Determinación de la inductancia de una bobina ____________________________________ 65 Ejercicio 6: Análisis de elementos RC mediante mediciones ____________________________________ 77 Ejercicio 7: Determinación de la respuesta en frecuencia en un filtro de paso alto

y en un filtro de paso bajo ______________________________________________________ 89 Ejercicio 8: Compensación de la potencia reactiva de un motor eléctrico _________________________ 101 Ejercicio 9: Selección de un circuito de corriente trifásica para la conexión

de un acumulador plano de pared ______________________________________________ 113 Ejercicio 10: Generación de diversos niveles de potencia en una estufa eléctrica ___________________ 127

Ejercicios y hojas de trabajo

de la técnica de corriente alterna __________________________________________________ 1 Ejercicio 2: Comprobación del rendimiento de un condensador _________________________________ 19 Ejercicio 3: Selección de la capacitancia apropiada de un filtro de paso alto _______________________ 39 Ejercicio 4: Reducción de picos de tensión al activar una bobina de válvula _______________________ 51 Ejercicio 5: Determinación de la inductancia de una bobina ____________________________________ 65 Ejercicio 6: Análisis de elementos RC mediante mediciones ____________________________________ 77 Ejercicio 7: Determinación de la respuesta en frecuencia en un filtro de paso alto

de un acumulador plano de pared ______________________________________________ 113 Ejercicio 10: Generación de diversos niveles de potencia en una estufa eléctrica ___________________ 127

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Utilización debida

El equipo didáctico de fundamentos de electricidad/electrónica deberá utilizarse únicamente cumpliendo las siguientes condiciones:

• Utilización apropiada y convenida en cursos de formación y perfeccionamiento profesional • Utilización en perfecto estado técnico

Los componentes del conjunto didáctico cuentan con la tecnología más avanzada actualmente disponible y cumplen las normas de seguridad. A pesar de ello, si se utilizan indebidamente, es posible que surjan peligros que pueden afectar al usuario o a terceros o, también, provocar daños en el sistema.

El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y técnicas de automatización industrial. La empresa u organismo encargados de impartir las clases y/o los instructores deben velar por que los

estudiantes/aprendices respeten las indicaciones de seguridad que se describen en el presente manual. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por lesiones sufridas por el instructor, por la empresa u organismo que ofrece los cursos y/o por terceros, si la utilización del presente conjunto de aparatos se realiza con propósitos que no son de instrucción, a menos que Festo Didactic haya ocasionado dichos daños premeditadamente o con extrema negligencia.

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Prólogo

El sistema de enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las profesiones correspondientes. En consecuencia, los equipos didácticos están clasificados según los siguientes criterios:

• Conjuntos didácticos de orientación tecnológica

• Mecatrónica y automatización de procesos de fabricación • Automatización de procesos continuos y técnica de regulación • Robótica móvil

• Equipos didácticos híbridos

El sistema para enseñanza de la técnica de automatización se actualiza y amplía regularmente, a la par que avanzan los métodos utilizados en el sector didáctico y se introducen nuevas tecnologías en el sector industrial.

Los equipos didácticos técnicos abordan los siguientes temas: neumática, electroneumática, hidráulica, electrohidráulica, hidráulica proporcional, controles lógicos programables, sensores, electrotecnia, electrónica y actuadores eléctricos.

Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos.

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Todos los conjuntos didácticos incluyen lo siguiente: • Hardware (equipos técnicos)

• Material didáctico • Seminarios

Hardware (equipos técnicos)

El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados para fines didácticos. La selección de componentes de los equipos didácticos y su ejecución se realiza específicamente según los proyectos previstos para cada nivel.

Material didáctico

Los medios relacionados con cada tema se clasifican en teachware (material didáctico) y software. El «teachware» orientado hacia la práctica, incluye lo siguiente:

• Libros técnicos y libros de enseñanza (publicaciones estándar para la adquisición de conocimientos de carácter fundamental).

• Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias y soluciones modelo) • Diccionarios, manuales, publicaciones técnicas (profundizan los temas técnicos)

• Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de estudio ilustrativo y activo) • Pósters (para la representación esquematizada de temas técnicos)

El software incluye programas para las siguientes aplicaciones:

• Programas didácticos digitales (temas de estudio preparados didácticamente, aprovechando diversos medios digitalizados)

• Software de simulación • Software de visualización

• Software para la captación de datos de medición • Software para diseño de proyectos y construcción

• Software de programación para controles lógicos programables

Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio autodidacta.

Seminarios

Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos se completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el perfeccionamiento profesional.

¿Tiene alguna sugerencia o desea expresar una crítica en relación con el presente manual? Envíe un e-mail a: [email protected]

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Introducción

El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento profesional de carácter práctico. El equipo didáctico para

electrotecnia/electrónica TP 1011 aborda los siguientes temas: • Principios básicos de la técnica de corriente continua • Principios básicos de la técnica de corriente alterna • Principios básicos de semiconductores

• Circuitos básicos en la electrónica

El manual que trata el tema de los fundamentos de la técnica de corriente alterna es la continuación de la introducción al tema electrotecnia/electrónica. El manual se centra en el tema del funcionamiento de resistencias, condensadores y bobinas en circuitos de corriente alterna. Otro tema principal consiste en el desfase de corriente y tensión en circuitos de corriente alterna con condensador y bobina. En el manual se ofrecen informaciones detalladas sobre la forma de representar y evaluar el desfase en circuitos mixtos. En este contexto también se analizan los conceptos eléctricos de potencia activa, reactiva y aparente. El análisis de circuitos en estrella y en triángulo en sistemas de corriente trifásica de tensión alterna también aborda el tema de la potencia.

Para efectuar el montaje de los circuitos eléctricos y para evaluarlos, es necesario disponer de un equipo de laboratorio que debe incluir una fuente segura de alimentación de tensión de la red, dos multímetros digitales, un osciloscopio con memoria y dos cables de seguridad de laboratorio.

Para solucionar las tareas de los 10 ejercicios relacionados con el tema de la corriente alterna se necesitan los componentes incluidos en el conjunto TP 1011. La teoría necesaria para entender los ejercicios se encuentran en los manuales de estudio.

Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes (resistencias lineales y no lineales, condensadores, bobinas, diodos luminosos, aparatos de medición, etc.).

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Indicaciones de seguridad y utilización

Informaciones generales

• Los estudiantes únicamente podrán trabajar con los equipos en presencia de un instructor. • Lea detenidamente las hojas de datos correspondientes a cada uno de los componentes y,

especialmente, respete las respectivas indicaciones de seguridad.

• Los fallos que podrían mermar la seguridad no deberán ocasionarse durante las clases y deberán eliminarse de inmediato.

Sistema eléctrico

• ¡Peligro de muerte en caso de rotura del cable de protección!

– El cable protector (amarillo/verde) no deberá cortarse

ni dentro ni fuera del aparato.

– No deberá dañarse o retirarse el aislamiento del cable de protección.

• En plantas o talleres industriales deberán respetarse las normas de utilización de equipos eléctricos definidas por las autoridades competentes.

• En centros de formación y en talleres de instrucción, el uso de unidades de conexión a la red eléctrica deberá supervisarse por personal debidamente cualificado.

• Precaución

Los condensadores pueden estar cargados, aunque el aparato como tal haya sido separado de todas las fuentes de tensión.

• A tener en cuenta al sustituir fusibles: Utilice únicamente fusibles apropiados y previstos para la intensidad nominal correcta.

• Nunca conecte de inmediato la unidad de conexión a la red eléctrica si estuvo almacenada en un espacio de baja temperatura y si se pretende utilizarla en un espacio de temperatura ambiente mayor. En determinadas circunstancias adversas, el condensado que se forma en estas condiciones podría destruir la unidad. No conecte la unidad hasta que alcance la temperatura ambiente.

• Al resolver las tareas utilice en los circuitos una tensión de funcionamiento máxima de 60 V DC y 25 V AC. También tenga en cuenta las indicaciones sobre la tensión de funcionamiento máxima admisible que se indica en los componentes utilizados en los ejercicios.

• Establezca las conexiones únicamente si no está conectada la tensión.

• Separe las conexiones eléctricas únicamente tras haber desconectado la tensión. • Utilizar únicamente cables provistos de conectores de seguridad.

• Al desconectar los cables, únicamente tire de los conectores de seguridad, nunca de los cables.

• Siempre conecte el osciloscopio a la alimentación de la tensión de la red intercalando un transformador de aislamiento.

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Conjunto didáctico:

Principios básicos de la técnica de corriente alterna (TP 1011)

El equipo didáctico tecnológico TP 1011 incluye una gran cantidad de material didáctico. Esta parte del equipo didáctico TP 1011 aborda el tema de los fundamentos de la técnica de corriente alterna. Los componentes individuales del equipo didáctico TP 1011 también pueden formar parte del contenido de otros equipos didácticos.

Componentes principales del TP 1011

• Laboratorio de estudio EduTrainer®_{con sistema de conexiones universales}

• Conjunto de componentes para electrotecnia/electrónica, con conectores y cables de seguridad

• Fuente de alimentación eléctrica para EduTrainer®

• Instalaciones de laboratorio completas

El material didáctico del equipo didáctico TP 1011 incluye manuales de estudio, colecciones de tablas y manuales de trabajo. Los manuales técnicos ofrecen explicaciones ilustrativas y claramente estructuradas sobre los fundamentos de la técnica de corriente alterna. Los manuales de trabajo incluyen las hojas de ejercicios, las soluciones y un CD-ROM. Cada manual de trabajo se entrega con las hojas de ejercicios y de trabajo correspondientes a cada tarea a resolver.

El equipo didáctico se entrega con hojas de datos correspondientes a los componentes del hardware. Además, las hojas de datos también constan en el CD-ROM.

Manuales de textos técnicos Especialidad de electricidad y electrotecnia

Colección de tablas Electrotecnia/Electrónica

Manuales de trabajo Principios básicos de la técnica de corriente continua Principios básicos de la técnica de corriente alterna Principios básicos de semiconductores

Circuitos básicos de la electrónica

Programas de estudio digitalizados

WBT Electricidad 1: Fundamentos de la electricidad

WBT Electricidad 2: Circuitos de corriente continua y circuitos de corriente alterna WBT Electrónica 1: Fundamentos de los semiconductores

WBT Electrónica 2: Circuitos impresos integrados WBT Medidas de protección eléctricas

(WBT = Web Based Training = curso a través de la red)

Cuadro general de los medios correspondientes al equipo didáctico TP 1011

El equipo didáctico TP 1011 incluye los siguientes programas didácticos digitales: «Electricidad 1», «Electricidad 2», «Electrónica 1», «Electrónica 2» y «Medidas de protección eléctricas». Estos programas didácticos ofrecen explicaciones exhaustivas sobre los fundamentos de la electricidad y la electrónica. Los contenidos didácticos abordan estos temas de modo sistemático y recurriendo a ejemplos reales.

El material didáctico se ofrece en varios idiomas. Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet.

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Objetivos didácticos: Principios básicos de la técnica de corriente alterna

Al final del curso, el estudiante habrá adquirido los siguientes conocimientos:

• Descripción de los parámetros característicos de la técnica de corriente alterna y realizar cálculos con dichos parámetros.

• Conocimiento de las diversas formas de representar magnitudes correspondientes a la corriente alterna.

• Medición y evaluación de magnitudes de la corriente alterna con un osciloscopio. • Funcionamiento de una resistencia óhmica en un circuito de corriente alterna. • Funcionamiento de un condensador en un circuito de corriente alterna. • Determinación y cálculo de la reactancia capacitiva de un condensador.

• Medición y evaluación del desfase de corriente y tensión en un condensador incluido en un circuito de corriente alterna.

• Determinación y cálculo de la potencia reactiva.

• Cálculo de la capacitancia en circuitos con condensadores conectados en serie y en paralelo. • Medición de condensadores conectados en serie y en paralelo. Evaluación según las leyes físicas

aplicables en este caso.

• Construcción, utilización y magnitudes de una bobina.

• Análisis del comportamiento de conexión/desconexión de una bobina. • Influencia que tiene la autoinducción en el funcionamiento de una bobina. • Funcionamiento de una bobina en un circuito de corriente alterna.

• Determinación de la inductancia y de la reactancia inductiva de una bobina.

• Medición y evaluación del desfase de corriente y tensión en una bobina incluida en un circuito de corriente alterna.

• Aplicación de diagramas de vectores y diagramas de líneas para la suma de magnitudes alternas en circuitos RC.

• Elementos RC como divisores de tensión dependientes de la frecuencia. • Utilización de elementos RC como filtros de paso alto y de paso bajo. • Importancia de la potencia reactiva en la red eléctrica pública.

• Medición y aplicación del factor de potencia cos φ.

• Utilización de circuitos paralelos RLC como circuitos de compensación para calcular la potencia reactiva.

• Relación existente entre potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente.

• Aplicación de diagramas de vectores y diagramas de líneas para la suma de magnitudes alternas en circuitos mixtos.

• Principio de generación de tensión alterna trifásica.

• Conocimiento y montaje de circuitos en estrella y circuitos en triángulo en sistemas de corriente trifásica.

• Medición y cálculo de la potencia en circuitos en estrella y triángulo.

• Aprovechamiento específico de fases individuales del sistema de corriente trifásica con el fin de generar potencia.

• Consecuencias que tiene el fallo de una fase en el rendimiento de una unidad consumidora en conexión estrella.

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Atribución de los ejercicios en función de los objetivos didácticos:

Principios básicos de la técnica de corriente alterna

Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Objetivo didáctico

Descripción de los parámetros característicos de la técnica de corriente alterna y realizar cálculos con dichos parámetros. • Conocimiento de las diversas formas de representar magnitudes correspondientes a la corriente alterna. • Medición y evaluación de magnitudes de la corriente alterna con

un osciloscopio. •

Funcionamiento de una resistencia óhmica en un circuito de

corriente alterna. •

Funcionamiento de un condensador en un circuito de corriente

alterna. •

Determinación y cálculo de la reactancia capacitiva de un

condensador. • •

Medición y evaluación del desfase de corriente y tensión en un

condensador incluido en un circuito de corriente alterna. • Determinación y cálculo de la potencia reactiva. •

Cálculo de la capacitancia en circuitos con condensadores

conectados en serie y en paralelo. • Medición de condensadores conectados en serie y en paralelo.

Evaluación según las leyes físicas aplicables en este caso. • Construcción, utilización y magnitudes de una bobina. •

Análisis del comportamiento de conexión/desconexión de una

bobina. •

Influencia que tiene la autoinducción en el funcionamiento de una

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Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Objetivo didáctico

Funcionamiento de una bobina en un circuito de corriente alterna. •

Determinación de la inductancia y de la reactancia inductiva de

una bobina. •

Medición y evaluación del desfase de corriente y tensión en una

bobina incluida en un circuito de corriente alterna. • Aplicación de diagramas de vectores y diagramas de líneas para la

suma de magnitudes alternas en circuitos RC. • • Elementos RC como divisores de tensión dependientes de la

frecuencia. •

Utilización de elementos RC como filtros de paso alto y de paso

bajo. •

Importancia de la potencia reactiva en la red eléctrica pública. •

Medición y aplicación del factor de potencia cos φ. •

Utilización de circuitos paralelos RLC como circuitos de

compensación para calcular la potencia reactiva. • Relación existente entre potencia activa, potencia reactiva y

potencia aparente. •

Aplicación de diagramas de vectores y diagramas de líneas para la

suma de magnitudes alternas en circuitos mixtos. • Principio de generación de tensión alterna trifásica. •

Conocimiento y montaje de circuitos en estrella y circuitos en

triángulo en sistemas de corriente trifásica. •

Medición y cálculo de la potencia en circuitos en estrella y

triángulo. •

Aprovechamiento específico de fases individuales del sistema de

corriente trifásica con el fin de generar potencia. • Consecuencias que tiene el fallo de una fase en el rendimiento de

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Equipo didáctico

El manual del trabajo titulado «Principios básicos de la técnica de corriente alterna» permite adquirir conocimientos relacionados con la construcción y el funcionamiento de condensadores y bobinas y con el comportamiento de los componentes incluidos en circuitos básicos y circuitos de aplicaciones sencillas. El equipo didáctico de electrotecnia/electrónica TP 1011 incluye los componentes necesarios para alcanzar los objetivos didácticos definidos. Para efectuar el montaje de los circuitos y evaluarlos se necesitan adicionalmente dos multímetros digitales y cables de seguridad de laboratorio.

Equipo didáctico «Fundamentos de la electrotecnia / electrónica», referencia: 571780

Componente Referencia Cantidad

Fuente de alimentación eléctrica para EduTrainer®₅₆₇₃₂₁₁

Conectores universales EduTrainer®₅₆₇₃₂₂₁

Conjunto de componentes electrotecnia/electrónica 567306 1

Conjunto de conectores de 19 mm de color gris 571809 1

Lista de componentes incluidos en el equipo didáctico «Fundamentos de la electrotecnia /

electrónica», referencia: 567306 Componente Cantidad Resistencia, 10 Ω/2 W 1 Resistencia, 22 Ω/2 W 2 Resistencia, 33 Ω/2 W 1 Resistencia, 100 Ω/2 W 2 Resistencia, 220 Ω/2 W 1 Resistencia, 330 _{Ω/2 W} 1 Resistencia, 470 Ω/2 W 2 Resistencia, 680 Ω/2 W 1 Resistencia, 1 kΩ/2 W 3 Resistencia, 2,2 k_{Ω/2 W} 2 Resistencia, 4,7 kΩ/2 W 2 Resistencia, 10 kΩ/2 W 3 Resistencia, 22 kΩ/2 W 3 Resistencia, 47 kΩ/2 W 2 Resistencia, 100 kΩ/2 W 2 Resistencia, 1 MΩ/2 W 1

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Componente Cantidad

Potenciómetro, 1 kΩ/0,5 W 1

Potenciómetro, 10 kΩ/0,5 W 1

Resistencia dependiente de la temperatura (NTC), 4,7 kΩ/0,45 W 1 Resistencia dependiente de la luz (LDR), 100 V/0,2 W 1

Resistencia dependiente de la tensión (VDR), 14 V/0,05 W 1

Condensador, 100 pF/100 V 1 Condensador, 10 nF/100 V 2 Condensador, 47 nF/100 V 1 Condensador, 0,1 μF/100 V 2 Condensador, 0,22 μF/100 V 1 Condensador, 0,47 μF/100 V 2 Condensador, 1,0 μF/100 V 2 Condensador, 10 μF/250 V, polarizado 2 Condensador, 100 μF/63 V, polarizado 1 Condensador, 470 μF/50 V, polarizado 1 Bobina, 100 mH/50 mA 1 Diodo, AA118 1 Diodo, 1N4007 6 Diodo Z, ZPD 3,3 1 Diodo Z, ZPD 10 1 Diac, 33 V/1 mA 1 Transistor NPN, BC140, 40 V/1 A 2 Transistor NPN, BC547, 50 V/100 mA 1 Transistor PNP, BC160, 40 V/1 A 1

Transistor JFET canal P, 2N3820, 20 V/10 mA 1

Transistor JFET canal N, 2N3819, 25 V/50 mA 1

Transistor UNIJUNCTION, 2N2647, 35 V/50 mA 1

Transistor MOSFET canal P, BS250, 60 V/180 mA 1

Tiristor, TIC 106, 400 V/5 A 1

Triac, TIC206, 400 V/4 A 1

Bobina de transformador, N = 200 1

Bobina de transformador, N = 600 2

Inducido férrico de transformador, con elemento de fijación 1

Lámpara indicadora, 12V/62 mA 1

Diodo luminoso (LED), 20 mA, azul 1

Diodo luminoso (LED), 20 mA, rojo o verde 1

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Símbolos de los componentes

Componente Símbolo gráfico Componente Símbolo gráfico

Resistencia Diodo Z Potenciómetro Diac Resistencia dependiente de la temperatura (NTC) Transistor NPN Resistencia dependiente de la luz (LDR) Transistor PNP Resistencia dependiente de la tensión U

Transistor JFET canal P

Condensador Transistor JFET canal N

Condensador polarizado Transistor UNIJUNCTION

Bobina Transistor MOSFET canal P

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Componente Símbolo gráfico Componente Símbolo gráfico

Triac LED azul

Bobina de transformador LED rojo o verde

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Atribución de componentes y ejercicios en función de los objetivos

didácticos. Principios básicos de la técnica de corriente alterna.

Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Componente Resistencia, 100 Ω/2 W 1 Resistencia, 470 Ω/2 W 1 1 Resistencia, 1 kΩ/2 W 1 1 1 1 1 1 3 3 Resistencia, 4,7 kΩ/2 W 1 Resistencia, 10 kΩ/2 W 1 Resistencia, 22 kΩ/2 W 1

Resistencia dependiente de la tensión (VDR), 14 V/0,05 W 1

Condensador, 100 pF/100 V 1 Condensador, 10 nF/100 V 1 1 Condensador, 47 nF/100 V 1 Condensador, 0,1 μF/100 V 1 Condensador, 0,22 μF/100 V 1 1 1 1 Condensador, 0,47 μF/100 V 1 Condensador, 1,0 μF/100 V 1 Bobina, 100 mH/50 mA 1 1 1 Bobina de transformador, N = 200 1 Bobina de transformador, N = 600 1 1 Multímetro digital 1 1 1 1 1 1 1 Osciloscopio, 2 canales 1 1 1 1 1 1 1

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Informaciones para el instructor

Objetivos didácticos

La meta didáctica general del presente manual consiste en que los estudiantes sean capaces de analizar y evaluar circuitos sencillos de corriente alterna con resistencias, condensadores y bobinas. Los estudiantes podrán adquirir estos conocimientos aprendiendo la teoría, montando circuitos reales y efectuando la medición de las magnitudes eléctricas. La interacción directa entre la teoría y la práctica asegura un rápido y sostenible progreso de los estudios. Los objetivos detallados constan en la lista anterior correspondiente. Los objetivos didácticos concretos e individuales están relacionados con cada ejercicio específico.

Duración aproximada

El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos previos de los alumnos. Cada tarea deberá resolverse en aproximadamente una hora o en una hora y media.

Componentes del equipo didáctico

El manual de trabajo, la colección de ejercicios y los componentes se corresponden. Para resolver los 10 ejercicios, únicamente se necesitan los componentes del equipo didáctico TP 1011.

Las normas

En el presente manual de trabajo se aplican las siguientes normas:

EN 60617-2 hasta EN 60617-8 Símbolos gráficos utilizados en esquemas de distribución

EN 81346-2 Sistemas industriales, equipos y productos industriales;

principios aplicados para la estructuración e identificación de referencias

DIN VDE 0100-100 Configuración de equipos de baja tensión: principios básicos –

(IEC 60364-1) Normas, características generales, conceptos técnicos

DIN VDE 0100-410 Configuración de equipos de baja tensión – medidas de protección –

(IEC 60364-4-41) Protección contra descarga eléctrica

Identificaciones utilizadas en el manual de trabajo

Los textos con las soluciones y las informaciones complementarias en las representaciones gráficas aparecen en color rojo.

Excepciones: Las indicaciones y las evaluaciones relacionadas con la corriente siempre aparecen de color rojo. Las indicaciones y evaluaciones relacionadas con la tensión siempre aparecen de color azul.

Identificaciones utilizadas en la colección de ejercicios

Las partes que deben completarse en los textos aparecen marcadas con líneas o con celdas sombreadas en las tablas.

Las gráficas que deben completarse están identificadas mediante un fondo matricial.

Sugerencias para las clases

Las sugerencias contienen informaciones adicionales sobre los procedimientos didácticos y los métodos aplicables en relación con los componentes. Estas informaciones no aparecen en la colección de ejercicios.

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Soluciones

Las soluciones que se ofrecen en el presente manual de trabajo se obtuvieron llevando a cabo mediciones de prueba. Por lo tanto, los resultados obtenidos por el instructor pueden ser diferentes.

Especialidades de estudio

En el caso de la formación profesional en la especialidad de técnicos de electrónica, el tema «Principios básicos de la técnica de corriente alterna» se trata en la asignatura del primer curso de los centros de formación.

Estructura de los ejercicios

La estructura metódica es la misma para todos los 10 ejercicios. Los ejercicios están estructurados de la siguiente manera:

• Título

• Objetivos didácticos

• Descripción de la tarea a resolver • Circuito o esquema de instalación • Tarea

• Medios auxiliares • Hojas de ejercicios

El manual de trabajo contiene las soluciones de las tareas incluidas en la colección de ejercicios.

Denominación de los componentes

La denominación de los componentes que constan en los esquemas se rige por la norma DIN EN 81346-2. Dependiendo del tipo de componente, su identificación incluye letras. Si un circuito incluye varios componentes iguales, éstos están numerados correlativamente.

Resistencias: R, R1, R2, ...

Condensadores: C, C1, C2, …

Bobinas: L, L1, L2, …

Equipos emisores de señales: P, P1, P2, ...

Importante

Si las resistencias, condensadores o bobinas se entienden como magnitudes físicas, la letra de

identificación aparece en cursiva (símbolo de fórmula). Si para la numeración es necesario utilizar cifras, éstas se utilizan como índices y, por lo tanto, aparecen como subíndices.

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Contenido del CD-ROM

El manual de trabajo está incluido en el CD-ROM adjunto en forma de archivo de formato pdf. El CD-ROM se incluye en calidad de material didáctico complementario.

Estructura del contenido del CD-ROM: • Instrucciones de utilización • Imágenes

• Información sobre productos

Instrucciones de utilización

Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner en funcionamiento los componentes

respectivos.

Imágenes

Mediante fotografías y representaciones gráficas se muestran aplicaciones industriales reales. Estas imágenes pueden aprovecharse para entender mejor la tarea a resolver en cada ejercicio. Además, pueden utilizarse para ampliar y completar la presentación de proyectos.

Información sobre productos

Se ofrecen informaciones del correspondiente fabricante sobre cada uno de los componentes

seleccionados. Esta forma de explicar estos componentes tiene la finalidad de demostrar cómo se presentan los componentes en un catálogo industrial. Además, estas páginas incluyen informaciones complementarias sobre los componentes.

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Ejercicio 1

Determinación y forma de representar los parámetros característicos de la

técnica de corriente alterna

Una vez realizado este ejercicio, habrá adquirido los conocimientos que se indican a continuación y, por lo tanto, habrá alcanzado las metas didácticas correspondientes:

• Medición y evaluación de magnitudes de la corriente alterna con un osciloscopio. • Funcionamiento de una resistencia óhmica en un circuito de corriente alterna.

Descripción de la tarea a resolver

Usted ha sido destinado a la sección de aseguramiento de calidad y deberá analizar circuitos electrónicos con fallos.

Para familiarizarse con su futuro trabajo, realiza diversas mediciones en circuitos sencillos de corriente alterna.

Circuitos

RL U

G

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Ejercicio 1: Determinación y forma de representar los parámetros característicos de la técnica de corriente alterna

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Tareas a resolver

1. Explique la definición de corriente alterna.

2. Responda las preguntas sobre la representación de magnitudes con vectores y líneas. 3. Explique los parámetros característicos más importantes de la corriente alterna. 4. Ejercítese en el uso del osciloscopio y responda las preguntas.

5. Realice unas primeras mediciones con el osciloscopio.

6. Analice la intensidad, tensión y potencia en un circuito sencillo con resistencias.

Medios auxiliares

• Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos • Hojas de datos

• WBT Electricidad 1 (Web Based Training) • Internet

Importante

Únicamente conectar la tensión eléctrica después de haber establecido todas las conexiones. Al terminar el ejercicio vuelva a desconectar la alimentación de tensión y sólo entonces proceda a desmontar los componentes.

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Definición de corriente alterna

– Explique la definición de corriente alterna.

La tensión alterna es una tensión en la que cambian periódicamente la polaridad (sentido de flujo) y el valor.

En la imagen se muestra la evolución de magnitudes alternas en función del tiempo. – Incluya en la tabla la denominación de estos tres tipos de señales.

Evolución de la señal Denominación

u u u t t t T T T T 2 T 2 T 2 Sinusoidal Triangular Rectangular

(24)

Representación mediante vectores y líneas en circuitos de tensión alterna

La flecha sobre el círculo permite trazar la línea sinusoidal de la tensión alterna. El radio del círculo

corresponde a la amplitud de la oscilación sinusoidal y se identifica con US.

α u u α, t 180° 360° 90° 270° α US -US US π 2 π 3π2 2π

Representación de una tensión alterna sinusoidal mediante vectores y líneas

– Indique la fórmula para calcular la tensión transitoria u. Es válido lo siguiente: S Pierna sin Hipotenusa u U α = =

Por lo tanto, el valor de la tensión transitoria u es el siguiente:

S sin

u U= ⋅ α

Cuanto mayor es la frecuencia de la oscilación sinusoidal, tanto menor es la duración del período y, por lo tanto, tanto más rápidamente gira el vector correspondiente. La velocidad del movimiento del vector se

expresa mediante la frecuencia angular ω.

– Indique la fórmula para calcular el valor transitorio u en función de ω.

– Con ese fin, complete el diagrama agregando la curva sinusoidal. Debajo de la indicación de los grados del ángulo indique la medida del arco en radianes.

Fórmula para calcular los valores transitorios u:

S sin

(25)

Describa los parámetros característicos de la corriente alterna

Si se trabaja con corriente alterna, es indispensable conocer detalladamente los correspondientes parámetros característicos.

– Explique de manera resumida los parámetros característicos más importantes de la corriente alterna. Complete la tabla rellenando las celdas vacías.

Parámetro característico

Símbolo en fórmulas o fórmula

Descripción

Pico de tensión US US Valor máximo o mínimo de la tensión alterna. También llamado amplitud o simplemente pico.

Pico de corriente IS IS Valor máximo o mínimo de la corriente alterna.

Pico-pico de tensión

USS SS S

2

U = ⋅U Diferencia entre el valor positivo y negativo máximo y mínimo.

En el caso de tensión sinusoidal: USS corresponde al doble de la amplitud. Tensión efectiva Ueff _S

eff

2

U

U = El valor efectivo es el valor de la tensión alterna que provoca la misma _{potencia en una resistencia óhmica que una tensión continua del mismo valor.}

Corriente efectiva Ieff _S eff

2

I

I = El valor efectivo es el valor de la corriente alterna que provoca la misma _{potencia en una resistencia óhmica que una corriente continua del mismo}

valor. Duración del período

T en s

T Un período (onda completa con semionda positiva y semionda negativa) dura

un tiempo determinado. Este tiempo es la duración del período T.

Frecuencia f en Hz ₁

f T

= Cantidad de períodos por segundo.

Frecuencia angular

ω en 1

s

2 f

ω = ⋅π⋅ Ángulo girado por unidad de tiempo.

Valor transitorio u u U= _S⋅sin( t )ω Valor transitorio en función del tiempo de una tensión alterna sinusoidal.

Valor transitorio i i I= ⋅_S sin( t )ω Valor transitorio en función del tiempo de una corriente alterna sinusoidal.

(26)

– Incluya algunos de los parámetros característicos en el diagrama de tensión alterna sinusoidal. Indique los parámetros correspondientes a los números incluidos en el diagrama.

u t 0 3 1 4 2

Tensión alterna sinusoidal

Número Denominación

1 Pico de tensión US

2 Pico-pico de tensión USS

3 Tensión efectiva Ueff

4 Duración del período T

Descripción de las funciones básicas de un osciloscopio

Un osciloscopio permite realizar diversos ajustes y conexiones que pueden variar según tipo y modelo. Sin embargo, todos los osciloscopios permiten efectuar determinados ajustes básicos.

USB Flash Drive

PRINT SAVE

CH1

MENU MATHMENU MENUCH2

VOLT/DIV CH1 CH2 EXT.TRIG. SEC/DIV HORIZ MENU SET TO ZERO VERTICAL POSITION HORIZONTAL POSITION TRIGGER LEVEL TRIG MENU SET TO 50% FORCE TRIG TRIG VIEW REF

MENU SINGLESEQ RUN/ STOP AUTOSET HELP

DEFAULT SETUP AUTORANGE SAVE/RECALLMEASURE ACQUIRE

UTILITY CURSOR DISPLAY

(27)

– Infórmese sobre el funcionamiento del osciloscopio que utilizará para hacer las mediciones. – Agregue la denominación de los elementos de mando del osciloscopio utilizados para activar las

funciones que se describen en la tabla.

Elemento de mando Descripción resumida

Interruptor 0/I Interruptor de red

Botón giratorio POSITION CH1 Posicionamiento vertical de la señal del canal 1 (CH1)

Botón giratorio VOLTS/DIV (CH1) Regulación vertical de la sensibilidad de la señal de entrada CH1

Tecla CH1 MENU Activa o desactiva la indicación del canal 1

Botón giratorio POSITION Posicionamiento horizontal de todas las señales

Botón giratorio SEC/DIV Regulación de la desviación de las señales en función del tiempo

Tecla CH1 MENU -> Sonda Ajuste de la sonda para canal 1

Tecla CH1 MENU -> Acoplamiento Ajustes en el canal 1: DC, AC, Ground.

Significado de Ground: conexión del canal a masa.

Tecla CH1 MENU -> Inversión Representación invertida de la señal del canal CH1

Tecla TRIG MENU Ajuste del trigger

Tecla TRIG MENU -> Flanco Activa la modalidad trigger de flanco

Conector de entrada EXT. TRIG. Conector de entrada para fuente trigger externa

CH1 Canal de medición 1

CH2 Canal de medición 2

Funciones básicas de un osciloscopio

Sugerencias para las clases

Las funciones básicas y los elementos de mando se explican recurriendo al ejemplo del osciloscopio digital de dos canales y con memoria Tektronix TDS 1002B.

– Describa la función trigger al efectuar mediciones con el osciloscopio.

Con la función trigger se logra que en señales periódicas el punto de inicio del rayo en la pantalla del osciloscopio coincida con el mismo valor de amplitud de la señal representada anteriormente. De esta manera se obtiene una imagen aparentemente estática.

(28)

Para obtener imágenes en la pantalla del osciloscopio, proceda como sigue:

• Asegúrese que las desviaciones X e Y están calibradas. • Compruebe que la línea cero esté donde usted lo prefiera.

• Si regula una frecuencia con la función de selección de onda de la fuente de alimentación, mida la frecuencia con el osciloscopio para comprobar si es correcta.

• Al realizar una representación gráfica, siempre incluya como mínimo un período completo. • Incluya siempre la línea cero en la representación gráfica.

• Incluya siempre la desviación en función del tiempo en la representación gráfica.

• Incluya siempre en la gráfica la desviación de la tensión correspondiente a cada uno de los canales utilizados (CH1 y CH2).

• Represente la relación que entre sí tienen las señales en función del tiempo. • Efectúe el trigger siempre con la señal más lenta.

T USS

Ajustes en el osciloscopio: Y = 2 V/DIV

X = 0,1 ms/DIV

Ejemplo de medición con el osciloscopio

– Evalúe los resultados de las mediciones que aparecen en la pantalla del osciloscopio. Determine la tensión pico-pico USS y la duración del período T.

Pico-pico de tensión USS:

USS corresponde a 4 partes en la escala (DIV).

SS 4 DIV 2_DIVV 8 V

U ₌ _⋅ ₌

Duración del período T:

T corresponde a 6 partes en la escala.

ms

6 DIV 0 1 0 6 ms

DIV

(29)

Mediciones con el osciloscopio

Utilizando la pantalla del osciloscopio, analice el transcurso de la tensión alterna en función del tiempo. – Efectúe el montaje según el esquema.

Y1 U

G

Circuito para medir una tensión alterna sinusoidal con el osciloscopio

Identificación Denominación Valores

– Osciloscopio 2 canales

– Fuente de alimentación eléctrica para EduTrainer®

–

Lista de componentes

– Conecte la fuente de alimentación con función de selección de parámetros.

– Efectúe los ajustes de los márgenes de medición en el osciloscopio, tal como se indicó antes. – Ajuste la frecuencia y la tensión en el selector de parámetros de tal manera que en el diagrama del

(30)

0 (Y )1

Ajustes en el osciloscopio

Canal 1: Y1 = 1 V/DIV

Desviación en función del tiempo: X = 0,1 ms/DIV

Representación de la tensión alterna en el diagrama del osciloscopio

– Mida la tensión pico-pico USS y la duración del período T.

Pico-pico de tensión USS:

SS 6 DIV 1_DIVV 6 V

U = ⋅ =

Duración del período T:

ms

10 DIV 0 1 1 ms

DIV

T = ⋅ , =

– Recurriendo a los resultados de la medición, calcule la tensión pico US, la tensión efectiva Ueff y la

frecuencia f. Pico de tensión US: SS S ₂ 6 V₂ 3 V U U ₌ ₌ ₌

Tensión efectiva Ueff: S eff 3 V 2 12 V 2 2 U U = = = , Frecuencia f: 3 1 1 _{1 10} 1 _{1 kHz} 1 ms s f T = = = ⋅ =

(31)

– Mida el valor efectivo Ueff con el multímetro digital.

– Compare el valor efectivo medido con el valor efectivo calculado. Valor Ueff medido:

Ueff = 2,01 V Valor Ueff calculado: Ueff = 2,12 V

Las ligeras diferencias entre los valores medidos y los valores calculados se explican por errores de medición y las tolerancias de los componentes.

Medición de tensión, corriente y potencia en la resistencia óhmica

Explique la evolución de la tensión alterna y la corriente alterna en función del tiempo en una resistencia óhmica. Recurriendo a los valores transitorios de corriente y tensión, dibuje la curva de potencia de la resistencia. Compare esta curva de potencia con aquella de obtenida con una tensión continua comparable.

– Describa cómo puede representarse en el osciloscopio la evolución de corrientes.

Para poder medir la corriente es necesario agregar en el circuito una resistencia de medición de la corriente RM. Con el osciloscopio se mide la caída de tensión URM en la resistencia. A continuación se calcula la corriente que fluye a través del circuito.

– Describa lo que se entiende bajo resistencia efectiva.

En la técnica de la corriente alterna, la resistencia óhmica se llama resistencia efectiva. La resistencia efectiva tienen el mismo efecto en circuitos de corriente alterna y en circuitos de corriente continua. La resistencia surte efecto en la energía energética y la transforma en calor, luz o en energía mecánica. La potencia obtenida en la resistencia efectiva también se llama potencia activa.

(32)

– Indique la fórmula para calcular la corriente I en la resistencia efectiva R .

=U

I R

Tensión y corriente en la resistencia efectiva

Y1 Y2 URM U f S= 6,6 V (Sinus) = 1 kHz URL G RL RM

Circuito con resistencia, con RL = 1 kΩ, RM = 100 Ω, US = 6,6 V, f = 1 kHz

RL Resistencia 1 kΩ/2W

RM Resistencia 100 Ω/2 W

– Osciloscopio 2 canales

–

Lista de componentes

Importante

Para poder representar las tensiones URL y URM simultáneamente en el osciloscopio, el punto de

referencia de ambas tensiones debe encontrarse entre las dos resistencias. Por esta razón debe invertirse la señal de tensión URM.

Ponga cuidado en que no se produzcan conexiones a masa a través del conductor protector al conectar los dos canales de medición al osciloscopio. Para evitar este riesgo, deberá conectar un transformador de aislamiento.

(33)

– Efectúe el montaje según el esquema.

– Conecte la fuente de alimentación con función de selección de parámetros.

– Ajuste una tensión sinusoidal US = 6,6 V con frecuencia f = 1 kHz.

– Efectúe los ajustes de los márgenes de medición en el osciloscopio, tal como se indicó antes. – En la resistencia RL mida con el osciloscopio la tensión sinusoidal URL.

– Incluya los valores medidos de la tensión en el diagrama del osciloscopio.

– En la resistencia de medida RM mida con el osciloscopio la tensión URM.

– Incluya también estos los valores medidos en el diagrama del osciloscopio.

0 (Y ),1 (Y )2 Y2 Y1 Ajustes en el osciloscopio Canal 1: Y1 = 2 V/DIV Canal 2: Y2 = 0,5 V/DIV (invertir)

Desviación en función del tiempo:

X = 0,1 ms/DIV

Centrar las líneas cero de los canales 1 y 2

Trigger: Y1

Diagrama en el osciloscopio de uRL y uRM

– Determine los valores transitorios uRL y uRM correspondientes a los tiempos indicados en la tabla de

medición.

Incluya los valores medidos en la tabla.

– Calcule la corriente i y la potencia activa p considerando los tiempos indicados en la tabla de resultados de la medición.

Incluya también estos valores en la tabla. Indique la fórmula para calcular p.

Fórmula para calcular los valores transitorios de potencia:

p u i= ⋅

– Incluya los valores de corriente i, los valores de tensión u y la evolución de la potencia p en el siguiente diagrama.

(34)

Tiempo t [ms] Tensión uRL (V) Tensión uRM (V) corriente i (mA) Potencia activa p (mW)

0 0 0 0 0 0,1 3,8 0,38 3,8 14,4 0,15 5,0 0,5 5,0 25,0 0,25 6,0 0,6 6,0 36,0 0,35 5,0 0,5 5,0 25,0 0,4 3,8 0,38 3,8 14,4 0,5 0 0 0 0 0,6 -3,8 -0,38 -3,8 14,4 0,65 -5,0 -0,5 -5,0 25,0 0,75 -6,0 -0,6 -6,0 36,0 0,85 -5,0 -0,5 -5,0 25,0 0,9 -3,8 -0,38 -3,8 14,4 1,0 0 0 0 0 Resultados de la medición t Tiempo 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ms -10 -25 0 0 V mA 6 15 4 10 2 5 -2 -5 -4 -10 -6 -15 -8 -20 10 25 1,0 Tensión u Corriente i Potencia p -50 0 mW 30 20 10 -10 -20 -30 -40 50 u p i

(35)

– Describa las curvas de corriente y de tensión.

La corriente y la tensión transcurren en fase. Pasan por cero y alcanzan sus picos al mismo tiempo.

– Describa la línea de la potencia.

La línea de la potencia es sinusoidal, pero no tiene partes negativas. En comparación con las líneas de tensión y de corriente se duplica la frecuencia.

La curva de la potencia activa en la resistencia óhmica puede sustituirse mediante un valor medio constante. Se trata del valor efectivo de la potencia.

– Indique la fórmula para calcular el valor efectivo de la potencia P.

eff eff eff

P =U ⋅I

Recurriendo a la ley de Ohm, se obtienen dos fórmulas adicionales para calcular la potencia:

2 eff eff P = ⋅R I o bien 2 eff eff U P R =

– Indique el valor efectivo de la potencia, válido en el circuito con resistencia.

s s

eff eff eff

6 V 6 mA

18 mW

2 2 2 2

U I

(36)

La potencia en un circuito de corriente continua y en un circuito de corriente alterna.

Con el fin de comparar la potencia en el circuito de corriente continua y en el de corriente alterna, deberá

determinarse la entrega de potencia en la resistencia óhmica RL = 1 kΩ aplicando una tensión continua de

U = 4,24 V.

– Explique por qué se lleva a cabo la medición comparativa aplicando una tensión continua de

U = 4,24 V.

La tensión alterna sinusoidal con US = 6 V tiene el siguiente valor efectivo: s

eff 6 V 4 24 V

2 2

U

U = = = ,

En una resistencia óhmica, la tensión continua U = 4,24 V genera la misma potencia que el valor efectivo Ueff = 4,24 V en un circuito de tensión alterna.

– Mida la potencia en el circuito de corriente continua del siguiente esquema. Aplique el método de medición indirecta y anote los resultados de la medición.

U = 4,24 V RL URL

Circuito con resistencia, con RL = 1 kΩ, U = 4,24 V

RL Resistencia 1 kΩ/2W

– Multímetro digital –

–

Lista de componentes del circuito de corriente continua con resistencia

Valores de las magnitudes eléctricas obtenidos para calcular la potencia: U = 4,24 V

(37)

– Recurriendo a los valores medidos, calcule la potencia eléctrica en la resistencia óhmica incluida en el circuito de corriente continua.

4 24 V 4 19 mA =17,8 mW

P U I= ⋅ = , ⋅ ,

– Incluya en el diagrama las curvas correspondientes a las magnitudes eléctricas medidas y aquella que corresponde a la potencia eléctrica calculada.

Circuito de corriente continua Circuito de corriente alterna

U = 4,24 V RL URL G US= 6 V RL URL 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ms 0 0 V mA 4 10 2 5 -2 -5 -4 -10 -6 -15 -8 -20 1,0 Tensión U Tensión U Corriente I _U I t Tiempo 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ms 0 0 V mA 4 10 2 5 -2 -5 -4 -10 -6 -15 -8 -20 1,0 Tensión u Corriente i _u i t Tiempo 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ms 1,0 P Potencia P 0 mW 30 20 10 t Tiempo 50 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ms 1,0 p Potencia p 0 mW 30 20 10 50 t Tiempo Comparación: Potencia en circuitos de corriente continua y de corriente alterna, con RL = 1 kΩ

(38)

– Describa la relación que existe entre las dos curvas de potencia.

• En el circuito de corriente continua se entrega una potencia constante e invariable. • En el circuito de corriente alterna se producen fuertes variaciones de la potencia.

• En el caso de una tensión alterna sinusoidal, las dos fuentes entregan en promedio la misma potencia cuando el valor máximo de la potencia en el circuito de corriente alterna es exactamente el doble del valor constante de la potencia en el circuito de corriente continua.

(39)

Contenido

Ejercicios y hojas de trabajo

de la técnica de corriente alterna __________________________________________________ 1 Ejercicio 2: Comprobación del rendimiento de un condensador _________________________________ 19 Ejercicio 3: Selección de la capacitancia apropiada de un filtro de paso alto _______________________ 39 Ejercicio 4 Reducción de picos de tensión al activar una bobina de válvula _______________________ 51 Ejercicio 5: Determinación de la inductancia de una bobina ____________________________________ 65 Ejercicio 6: Análisis de elementos RC mediante mediciones ____________________________________ 77 Ejercicio 7: Determinación de la respuesta en frecuencia en un filtro de paso alto

de un acumulador plano de pared ______________________________________________ 113

(40)

(41)

Ejercicio 1

Determinación y forma de representar los parámetros característicos de la

técnica de corriente alterna

Una vez realizado este ejercicio, habrá adquirido los conocimientos que se indican a continuación y, por lo tanto, habrá alcanzado las metas didácticas correspondientes:

• Medición y evaluación de magnitudes de la corriente alterna con un osciloscopio. • Funcionamiento de una resistencia óhmica en un circuito de corriente alterna.

Descripción de la tarea a resolver

Usted ha sido destinado a la sección de aseguramiento de calidad y deberá analizar circuitos electrónicos con fallos.

Para familiarizarse con su futuro trabajo, realiza diversas mediciones en circuitos sencillos de corriente alterna.

Circuitos

RL U

G

(42)

Tareas a resolver

1. Explique la definición de corriente alterna.

2. Responda las preguntas sobre la representación de magnitudes con vectores y líneas. 3. Explique los parámetros característicos más importantes de la corriente alterna. 4. Ejercítese en el uso del osciloscopio y responda las preguntas.

5. Realice unas primeras mediciones con el osciloscopio.

6. Analice la intensidad, tensión y potencia en un circuito sencillo con resistencias.

Medios auxiliares

• Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos • Hojas de datos

• WBT Electricidad 1 (Web Based Training) • Internet

Importante

Únicamente conectar la tensión eléctrica después de haber establecido todas las conexiones. Al terminar el ejercicio vuelva a desconectar la alimentación de tensión y sólo entonces proceda a desmontar los componentes.

(43)

– Explique la definición de corriente alterna.

En la imagen se muestra la evolución de magnitudes alternas en función del tiempo. – Incluya en la tabla la denominación de estos tres tipos de señales.

Evolución de la señal Denominación

u u u t t t T T T T 2 T 2 T 2

(44)

Representación mediante vectores y líneas en circuitos de tensión alterna

La flecha sobre el círculo permite trazar la línea sinusoidal de la tensión alterna. El radio del círculo

corresponde a la amplitud de la oscilación sinusoidal y se identifica con US.

α u u α, t 180° 360° 90° 270° α US -US US

Representación de una tensión alterna sinusoidal mediante vectores y líneas

– Indique la fórmula para calcular la tensión transitoria u.

Cuanto mayor es la frecuencia de la oscilación sinusoidal, tanto menor es la duración del período y, por lo tanto, tanto más rápidamente gira el vector correspondiente. La velocidad del movimiento del vector se

expresa mediante la frecuencia angular ω.

– Indique la fórmula para calcular el valor transitorio u en función de ω.

– Con ese fin, complete el diagrama agregando la curva sinusoidal. Debajo de la indicación de los grados del ángulo indique la medida del arco en radianes.

(45)

Si se trabaja con corriente alterna, es indispensable conocer detalladamente los correspondientes parámetros característicos.

– Explique de manera resumida los parámetros característicos más importantes de la corriente alterna. Complete la tabla rellenando las celdas vacías.

Parámetro característico Símbolo en fórmulas o fórmula Descripción Pico de tensión US US Pico de corriente IS IS Pico-pico de tensión USS

Tensión efectiva Ueff

Corriente efectiva Ieff

Duración del período

T en s T Frecuencia f en Hz Frecuencia angular ω en 1 s Valor transitorio u Valor transitorio i

(46)

– Incluya algunos de los parámetros característicos en el diagrama de tensión alterna sinusoidal. Indique los parámetros correspondientes a los números incluidos en el diagrama.

u t 0 3 1 4 2

Tensión alterna sinusoidal

Número Denominación

1

2

3

4

Descripción de las funciones básicas de un osciloscopio

Un osciloscopio permite realizar diversos ajustes y conexiones que pueden variar según tipo y modelo. Sin embargo, todos los osciloscopios permiten efectuar determinados ajustes básicos.

USB Flash Drive

PRINT SAVE

CH1

MENU MATHMENU MENUCH2

VOLT/DIV CH1 CH2 EXT.TRIG. SEC/DIV HORIZ MENU SET TO ZERO VERTICAL POSITION HORIZONTAL POSITION TRIGGER LEVEL TRIG MENU SET TO 50% FORCE TRIG TRIG VIEW REF

MENU SINGLESEQ RUN/ STOP AUTOSET HELP

DEFAULT SETUP AUTORANGE SAVE/RECALLMEASURE ACQUIRE

UTILITY CURSOR DISPLAY

(47)

– Agregue la denominación de los elementos de mando del osciloscopio utilizados para activar las funciones que se describen en la tabla.

Elemento de mando Descripción resumida

Interruptor de red

Posicionamiento vertical de la señal del canal 1 (CH1)

Regulación vertical de la sensibilidad de la señal de entrada CH1

Activa o desactiva la indicación del canal 1

Posicionamiento horizontal de todas las señales

Regulación de la desviación de las señales en función del tiempo

Ajuste de la sonda para canal 1

Ajustes en el canal 1: DC, AC, Ground.

Significado de Ground: conexión del canal a masa.

Representación invertida de la señal del canal CH1

Ajuste del trigger

Activa la modalidad trigger de flanco

Conector de entrada para fuente trigger externa

Canal de medición 1

Canal de medición 2

Funciones básicas de un osciloscopio

(48)

Para obtener imágenes en la pantalla del osciloscopio, proceda como sigue:

• Asegúrese que las desviaciones X e Y están calibradas. • Compruebe que la línea cero esté donde usted lo prefiera.

• Si regula una frecuencia con la función de selección de onda de la fuente de alimentación, mida la frecuencia con el osciloscopio para comprobar si es correcta.

• Al realizar una representación gráfica, siempre incluya como mínimo un período completo. • Incluya siempre la línea cero en la representación gráfica.

• Incluya siempre la desviación en función del tiempo en la representación gráfica.

• Incluya siempre en la gráfica la desviación de la tensión correspondiente a cada uno de los canales utilizados (CH1 y CH2).

• Represente la relación que entre sí tienen las señales en función del tiempo. • Efectúe el trigger siempre con la señal más lenta.

T USS

Ajustes en el osciloscopio: Y = 2 V/DIV

X = 0,1 ms/DIV

Ejemplo de medición con el osciloscopio

– Evalúe los resultados de las mediciones que aparecen en la pantalla del osciloscopio. Determine la tensión pico-pico USS y la duración del período T.