REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIOS DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE ARAGUA LA VICTORIA ESTADO ARAGUA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS. COMPONENTE TÉORICA PRÁCTICA 1 INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN CORRIENTE CONTINUA. SERIE I La Victoria Marzo 2012 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 2 1-Variables de circuitos. Cada día que pasa se incorporan más equipos eléctricos o electrónicos a la solución de problemas al hombre. La electricidad ha provocado una gran revolución en el mundo. De ahí, la gran importancia que tiene el estudio de los fenómenos eléctricos. Voltaje y corriente. La separación de cargas requiere de una fuerza eléctrica (voltaje) y el movimiento de cargas crea un fluido eléctrico (corriente). Para separar cargas positivas se requiere una inversión de energía. El voltaje es el trabajo (la energía) por unidad de carga necesitada en la separación. El voltaje o diferencia de potencial entre dos puntos, es la energía que se requiere para transportar una unidad de carga entre los dos puntos. v(t) = dw/dq (1) Donde: V = voltaje en volts, w = la energía en joules, y q = la carga en coulombs Los efectos eléctricos que ocasionan las cargas en movimiento dependen de la velocidad de flujo de carga. La corriente eléctrica es la velocidad con que fluyen las cargas a través de un conductor. (2) i(t) = dq/dt Donde: i = la corriente en amperes, q = la carga en coulombs, y t = el tiempo en seg. Potencia y Energía. La potencia es la velocidad con que se hace un trabajo. Y para hacer un trabajo se requiere energía. La potencia es la velocidad con que se transforma la energía. (3) p = dw/dt Donde : p = la potencia en watts (vatios), w = la energía en joules, y t = el tiempo en segundos. La potencia asociada al flujo de carga se obtiene de las ecuaciones (1) y (2), como sigue: p = (dw/dq) (dq/dt) = v.i (4) Donde: p = la potencia en watts, v = el voltaje en volts, e I = la corriente en amperes. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I i + V_ + V_ 3 i 1 2 i 1 2 _ V + _ V 1 2 i + 1 2 Figura 1.Referencia de polaridad y la expresión de potencia. En las dos cajas de la parte superior de la figura 1, se está entregando energía al circuito de la caja. Es decir, la potencia es positiva (p>0). Mientras en las dos cajas de la parte inferior se está sacando energía de la caja. Por tanto, la potencia es (p<0) negativa. Referencia: James Nilsson. Pagina 18. Ejercicios 1-1 a 1-27. 2-Elementos Básicos de los circuitos. En este curso, nos dedicaremos al estudio de 5 elementos básicos de los circuitos, los cuales son: Fuentes de voltajes, fuentes de corrientes, resistencias, inductores y condensadores. Fuentes de Voltaje y de corriente. Se llaman fuente eléctrica a un dispositivo capaz de convertir energía no eléctrica en energía eléctrica. Por ejemplo, los acumuladores o baterías son dispositivo que transforman la energía química en eléctrica. Las plantas hidroeléctrica, a través de la fuerza del agua, la transforman en energía mecánica y esta a su vez se convierte en eléctrica. Las fuentes tienen la tendencia de mantener el voltaje o la corriente. Estas son las que se conocen como fuentes ideales de voltajes o fuentes ideales de corriente. Las fuentes pueden ser independientes y dependientes. Las fuentes independientes, son aquellas que no dependen de la corriente o voltaje de algún elemento del circuito donde están conectadas. Las fuentes dependientes, por el contrario, dependen del voltaje o la corriente en alguna parte del circuito. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 4 Fuentes ideales independientes. La fuente ideal de voltaje independiente es un elemento que mantiene un voltaje determinado entre sus terminales sin importar la corriente que circula por el dispositivo. + _ (a) (b) (c) Figura 2. Símbolo para representar las fuentes independientes: (a) de voltaje continuo, (b) de corriente continua o alterna y (c) de voltaje alterna. La fuente ideal de corriente independiente es un elemento que mantiene una corriente determinada en sus terminales, sin importar el voltaje entre ellos. Fuentes ideales dependientes. Una fuente ideal de voltaje dependiente o controlada, es una fuente en la cual el voltaje, entre sus terminales, cambia según la corriente o el voltaje en otra parte del circuito. Por tanto, esta fuente puede ser controlada por un voltaje o una corriente. vs vs = αvx + _ vs = βix o, Figura 3. Representación de una fuente de corriente dependiente. Donde α y β son constantes. Hay un voltaje Vx o una corriente ix en otra parte del circuito que controla al voltaje Vs. Una fuente ideal de corriente dependiente o controlada, es una fuente en la cual la corriente, que pasa por sus terminales, cambia según la corriente o el voltaje en otra parte del circuito. Por tanto, esta fuente puede ser controlada por un voltaje o una corriente. is = αvx is O, is = βix Figura 4. Representación de una fuente dependiente. . Donde α y β son constantes. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 5 Hay un voltaje vx o una corriente ix en otra parte del circuito que controla a la corriente is. Conexión de Fuentes. Dos fuentes de voltaje no se pueden conectar entre sus terminales (en paralelo), se ocasionaría un corto y se dañarían las fuentes. Para conectar dos fuentes de voltajes por ambos terminales, tendrían que tener el mismo voltaje entre sus terminales. Figura 5(a). Dos fuentes de voltajes diferentes, se pueden conectar a través de uno solo (en serie) de sus terminales. Figura 5(g) 20v + _ 20v + _ 10v (a) Si 5A 5v + _ (b) No 5A 3A (c) Si 5A + _ 4A (d) No 3A 10v 3A - + (e) Si (f) No 10v - + 20v + _ (g) Si Figura 5. Conexiones correctas de fuentes (si) y conexiones no validas (no). Para conectar dos fuentes de corriente en serie, tienen que tener la misma corriente. De lo contrario, se dañarían las fuentes. Figura 5(c). LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 6 No hay ningún problema al conectar dos fuentes de corriente en paralelo. Para conectar en paralelo dos fuentes de voltaje alterno, además de tener el mismo voltaje pico, tendrían que estar en fase ambas fuentes. Resistencia eléctrica (Ley de Ohm). Resistencia es la oposición que presenta un elemento al paso de la corriente. Esta oposición al paso de la corriente permite transformar la energía eléctrica en energía calórica. La resistencia se expresa con la letra R y su unidad es el Ohm (Ω). V i _ V i + (a) _ + (b) Figura 6. Representación de la resistencia. (a) v = - R.i, (b) v = R.i. En la figura 6, el sentido de la flecha, indica el sentido de la corriente y el signo positivo, indica el sentido del voltaje o el lado de mayor potencial. Cuando la corriente entra por el lado positivo del voltaje de la resistencia, se considera positivo. Esto es representado en la figura 6b, v = R.i. En el caso de la figura (6a), el voltaje es negativo v = -R.i. A decir verdad, podría ser la corriente la que es negativa. Cuando tenemos una corriente con un valor negativo, podemos decir que el verdadero sentido es opuesto al indicado. Cuando es el voltaje que resulta negativo, entonces el sentido positivo es contrario al indicado. La notación más utilizada es la de la figura (6b) La Ley de Ohm es la ecuación que relaciona el voltaje y la corriente de una resistencia. V = R*i (5) i = (6) V/R Al inverso de la resistencia se le denomina conductancia. Esta se simboliza con la letra G y se mide en siemens (s). LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I G = 1/R 7 (7) Podemos decir que la potencia disipada en una resistencia es: P = v*i (8) Sustituyendo la ecuación (5) en la ecuación (8), tenemos: P = R*i2 (9) Si sustituimos la ecuación (6) en la ecuación (8), tenemos: P = v2/R (10) También podemos obtener la potencia en función de la conductancia: P = i2/G (11) P = v2*G (12) LEY DE OHM: La cantidad de corriente ( I ) que pasa por una resistencia (R) es directamente proporcional al voltaje (V) que se le aplica: V= R x I → R= V / I I V R1 La corriente (I) en una resistencia (R) va de + a - con respecto al voltaje (V). Esto quiere decir que la resistencia (R ) es un elemento pasivo, entonces: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 8 1 OHMIO = 1 voltio/1 amperio = R = V/I Las resistencias se aplican en circuitos eléctricos para obtener diferentes voltajes y corrientes. CORRIENTE ELECTRICA: Si en un cuerpo hay acumulación de cargas positivas (+) en un extremo y cargas negativas (-) en el otro extremo, se produce un movimiento de electrones de la zona negativa (-) hacia la zona positiva (+), a este movimiento de electrones se le llama “CORRIENTE ELECTRICA”, y se le indica por la letra “I”. Se observara que la corriente ( I ) es contraria al movimiento de electrones. La corriente ( I ) se mide por la cantidad de carga (Coulombio) que pasa en la unidad de tiempo y a esta unidad se le denomina AMPERIO (A): 1 COULOMBIO = 6,28x1018 Electrones I = 1 A = 1Coulombio/1 Segundo = Q/t I + + - - + + - - VOLTAJE: Es el potencial eléctrico entre 2 puntos de un circuito, además es la energía que se usa para transportar cada “ Culombio” de carga entre esos 2 puntos: Vab = ∆E/∆Q El voltaje en D.C en un circuito se indica con los signos + y -, y se señala con la letra. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 9 RESISTENCIA ELECTRICA: Es la propiedad de cada material de hacer una oposición neta al paso de la corriente eléctrica. La resistencia eléctrica se indica por la letra “R”, esta se mide en OHMIOS ( Ω ) y su símbolo eléctrico es: R RESISTENCIA VARIABLE: Son dispositivos de 3 terminales con una resistencia fija entre los terminales extremos y un cursor que se desliza sobre el material de la resistencia, y su símbolo eléctrico es: R POTENCIOMETROS: Son dispositivos de tres terminales, donde se presenta una resistencia fija entre los terminales 1 – 3 y una resistencia variable entre los terminales 1 – 3, y un una resistencia complementaria entre los terminales 2 – 3. R 3 1 2 CODIGO DE COLORES: El código de colores es usado para determinar físicamente el valor OHMICO de una resistencia ( R) a través de las bandas de colores, a esto debemos asociar la tolerancia (%) cuyo valor es porcentual, el cual determina el rango del valor OHMICO de la resistencia ( R ). Este rango varia entre un valor mínimo (-) y un valor máximo ( + ). Veamos a continuación la tabla del código de colores: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I Color 1ª Banda 2ª Banda 3ª Banda Multiplicador Tolerancia Negro 0 0 0 1ohm Marrón 1 1 1 10ohm +1% (F) Rojo 2 2 2 100ohm +2% (G ) Naranja 3 3 3 1Kohm Amarillo 4 4 4 10Kohm Verde 5 5 5 100Kohm S2 +0 5% (D) Azul 6 6 6 1Mohm +0.25% (C) Violeta 7 7 7 10Mohm +0.10% (B) Gris 8 8 8 Blanco 9 9 9 +0.05% Oro 0.10 +5% (J) Plata 0.01 +10% (K) 10 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 11 RESISTENCIA SERIE: La característica de una resistencia de un circuito conectada en serie, es que por ellas circula la misma corriente ( I ). R1 + I V R2 R3 Req = R1+R2+R3, por ley de Ohm VR = Req x I Req. = Resistencia equivalente. I + V Req RESISTENCIA EN PARALELO: La característica de la resistencia de un circuito que se conecta en “paralelo”, es que soporta en sus terminales el mismo voltaje (V): I + V R1 R2 R3 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 12 RESISTENCIA EQUIVALENTE: ( R 1 × R2 ) + ( R1 × R3 ) + ( R2 × R3 ) 1 1 1 1 = + + = ⇒ Re q R1 R2 R3 R1 × R2 × R3 Re q = R1 × R2 × R3 ( R 1 × R2 ) + ( R1 × R3 ) + ( R2 × R3 ) I + V Req EL FUSIBLE: El “fusible” es un elemento o dispositivo de protección a los circuitos eléctricos, su diseño se fundamenta en el valor de corriente (I) que puede circular por él, en otras palabras, si por él circula una corriente ( I ) mayor para lo que fue diseñado este actúa de forma tal que, se funde o se abre, cortando la corriente (I ), protegiendo así el circuito o equipo. EL CONDENSADOR El “Condensador”, es un elemento eléctrico que almacena energía o carga eléctrica. Entre sus características de diseño esta que consta de 2 placas, y entre esas 2 placas existe un dieléctrico (aislante) zona donde se almacena la energía. Dieléctrico + - + - + - + placa LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 13 V Por ejemplo, si sometemos el condensador (C) a un voltaje (V) entre sus terminales a través del tiempo (t), el condensador se cargara a ese voltaje (V) con el tiempo (t). Entre las características eléctricas que tiene un condensador para su manejo técnico y comercial esta el voltaje (V) y la capacitancia que viene en unidades de Faradios. La capacitancia, no es más que la unidad de medida del condensador, y determina la capacidad para almacenar carga o energía. Las unidades de capacitancia son: Pico faradios ( Pf ); Microfaradios (µf); mili faradios(mf) y faradios (f). V T (seg.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Existen varios tipos de condensadores: 1.- Condensador electrolítico (polarizado) 2.- Condensador de papel (polarizado) 3.- Condensador de poliéster 4.- Condensador de Mica 5.- Condensador cerámico 6.- Condensador Variable. ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES SERIE: La corriente ( I ) que circula por un circuito conectado en serie es la misma para todos los condensadores. C1 V C2 C3 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 14 1 1 1 1 ( C × C 2 ) + ( C1 × C 3 ) + ( C 2 × C 3 ) = + + = 1 ⇒ Ceq C 1 C 2 C 3 C1 × C 2 × C 3 C1 × C 2 × C 3 Ceq = ( C1 × C 2 ) + ( C1 × C 3 ) + ( C 2 × C 3 ) V = Vceq = I × Ceq C V PARALELO: En un circuito conectado en paralelo, sus elementos como los condensadores, soportan la misma tensión (V). I V C1 q C2 Ceq = C1 + C 2 + C 3 ⇒ V = Vceq = I × Ceq I V CEQ C3 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 15 1. CAJAS DE RESISTENCIAS A.O.I.P. Las cajas A.O.I.P. son resistencias variables (por saltos). Se presentan en la forma siguiente: A P C Figura 1. n La resistencia entre A y C es constante, su valor es de 11x10 ; la resistencia entre A y B depende de la posición del selector y es igual al número indicado por el selector frente al punto P, n multiplicado por 10 . En la figura 2 aparecen las conexiones internas de estas cajas. La resistencia entre B y C (RBC) es la parte complementaria y vale: RBC = RAC - RAB LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I Fig.2 Estructura Interna Caja A.O.I.P. 1.1) Características. Características Cajas A.O.I.P. n Valor Ohmico (RAC) en Ω Imáx (mA) Precisión 10 –2 11 x 0,01 5000 5% 10 –1 11 x 0,1 1000 1% 10 0 11 x 1 750 0,2 % 10 1 11 x 10 300 0,2 % 10 2 11 x100 100 0,2 % 10 3 11 x 1000 50 0,2 % 10 4 11 x 10000 7 1% 10 5 11 x 100000 2 1% 10 6 11 x 1000000 0,2 1% 10 Tabla 1. 16 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 17 Para ilustrar mejor el enfoque teórico de las cajas de resistencias AOIP, ejecutemos una aplicación de las mismas que es construyendo un POTENCIOMETRO, veamos: Utilizando cajas AOIP construimos un potenciómetro con las siguientes características Rac = 1.221 Ω constante; Rab = resistencia variable por saltos de 1 Ω desde 0 Ω hasta 1.221 Ω R C A B El montaje del potenciómetro con las cajas de resistencias AOIP seria el siguiente: A X1 X10 X102 X1 B X10 C X102 Supongamos que variamos Rab = 600 Ω, entonces Rbc = Rac – Rab = 1221 Ω 600 Ω Rbc = 621 Ω, las cajas a utilizar seria de 11x 1, 11X 10 y 11x 102 Ω. El selector en la caja de x1 estaría en 10 (10 Ω), el selector de la caja de x10 estaría en 9 (90 Ω) y el selector de la caja de x102 estaría en 5 (500 Ω), esto para la parte variable (Rab). Para la parte complementaria (Rbc), el selector de la caja de x1 estaría en 10 (1 Ω), el selector de la caja de x10 estaría en 9 (20 Ω) y el selector de la caja de x102 estaría en 5 (600 Ω). LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 18 Si variamos un Ohmio de las cajas de resistencias de la parte variable (Rab), debemos hacer lo mismo en la parte complementaria (Rbc). PREGUNTAS ¿Cree usted que se podría construir un potenciómetro con menos de 6 cajas AOIP, teniendo las siguientes características? Rac = 12.111 Ω; Rab = 5.000 Ω y Rbc = complemento. 2. DECADA DE RESISTENCIAS SAMAR. La década de resistencia es un tipo de resistencia variable que recibe ese nombre ya que cada conmutador posee un conjunto de resistencias que en una posición determinada del conmutador, difieren de las que están en los conmutadores adyacentes (cuando estos están en la misma posición) en un factor de 1º (una década). Cada conmutador puede ser seleccionado entre 11 posiciones (marcadas desde 0 hasta 10). A cada posición le corresponde un conjunto de resistencias en serie. Todos los conmutadores están interconectados; seleccionando las posiciones adecuadas de los conmutadores. En la Figura 3 se muestra las conexiones internas de una década de seis conmutadores seleccionados para dar un valor total de 27 KΩ. Década de Resistencia OHMS X 100 KΩ 2 mA X 10 KΩ 7 mA X 1 KΩ 22 mA Figura 3 X 100 Ω 70 mA X 10 Ω 220 mA X1 Ω 700 mA LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I Factor Imáx (mA) Multiplicativo 19 Precisión (%) X1Ω 700 5% X10Ω 220 1% X100Ω 70 0,2 % X1KΩ 22 0,2 % X10KΩ 7 0,2 % X100KΩ 2 0,2 % Tabla 2. Precaución: verifique a la hora de montar un circuito eléctrico con cajas A.O.I.P. y décadas de resistencia que la corriente que circula por ellas, no exceda la corriente nominal que estos elementos resistivos indican. PREGUNTAS Fije un valor de 1250 Ω y determine que tensión máxima puede ser aplicada a dicha resistencia (mediante la década SAMAR). LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I MULTÍMETRO SIMPSON SERIE 260 Especificaciones: Datos Técnicos DC VOLTS 1 Rango: 0 ; 1 ; 2,5 ; 10 ; 25 ; 250 ; 500 ; 1000V; Sensitivity: 20,000 Ω / V DC MILLIVOLTS: 2 Rango: 0 ; 250 mV Sensitivity: 20,000 Ω / V AC VOLTS 3 Rango: 0 ; 2.5 ; 10 ; 25 ; 50 ; 250 ; 500 ; 1000 V Sensitivity: 5,000 Ω / V OUTPUT VOLTAGE (AC): 4 Rango: 0 ; 2.5 ; 10 ; 25 ; 50 ; 250 V ; ( limitado a 350 VDC) DC MICROAMPERES: 5 Rango: 0 ; 50µA Voltaje Drop: 250mV DC MILLIAMPERES 6 Rango: 0 ; 1 ; 10 ; 100 ; 500 mA Voltaje Drop:(aprox.) 250mV ; 255 mV ; 300 mV ; 500 mV DC AMPERES. 7 Rango: 0 - 10A Voltaje Drop:(aprox.) 255 mV RESISTENCIAS 8 Rango: Rx1 R x 100 R x 10000 0 – 2,000 Ω 0 – 200,000 Ω 0 – 20 MΩ ACCURACY (EXACTITUD) 9 2 % of Full Scale DC Voltage Ranges: DC Current: 10 0 – 50 µA Ranges: 1.5 % of Full Scale Other Ranges: 2 % of Full Scale AC Voltage Ranges: 3 % of Full Scale Tabla 3. 20 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 21 Nota: Accuracy (exactitud) La exactitud del voltaje y la corriente de este instrumento son expresadas comúnmente como un porcentaje a plena escala. Esto no debe ser confundido con la exactitud de lectura (de la señal). Por ejemplo, + 2 % a plena escala sobre el rango de 10 voltios permite un error de ± 0.20V. Esto quiere decir que a plena escala, la exactitud de la lectura sería 2 %, pero a media escala sería de 4 %. Por lo tanto, es ventajoso seleccionar un rango que de una indicación lo más cerca posible a la plena escala. 6 1 4 3 2 5 Figura 4. 1.- Panel frontal con los conmutadores de rango y terminales de prueba, denotados con caracteres blanco para su fácil lectura. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 22 2.- Conmutador de rango o calibre, tiene 12 posiciones, puede ser rotado 360°; seleccionando 5 posiciones para A.C y D.C, 4 posiciones para corriente D.C y 3 posiciones para resistencias. 3.- conmutador de función, tiene 4 posiciones ♪ (audio), + D.C, - D.C y voltaje A.C. 4.- Control para ajuste de cero (0) ohmios aquí se cortocircuita las puntas de prueba y se ajusta el cero (0) en el rango de resistencia. 5.- Terminales para las puntas de prueba, comprende un terminal common (-) y un terminal para la señal a medir (+). 6.- Ajuste de cero (0) cuando esta en operación el VOM (sobre todo cuando se esta midiendo el voltaje (V) y corriente (I). 7.- Botón de reset para cuando sé esta midiendo y existe una sobrecarga en el circuito sé ejecta el botón blanco, indicando que el multimetro esta protegido y debe revisar el circuito eléctrico para corregir la sobre carga. EL MULTIMETRO ANALÓGICO (VOM) El Multímetro VOM (voltímetro – ohmetro – amperímetro), es un instrumento de laboratorio y de campo, muy útil y versátil. Su función es la de realizar mediciones tanto de voltaje (V) D.C como A.C, corrientes (I) D.C y A.C, y medidas de resistencias (R ) . Todos los circuitos requeridos para medir cada uno de los parámetros están incluidos en el mismo instrumento. 3. Mediciones de corriente voltaje y resistencia 3.1 – Medición de corriente. La corriente eléctrica se mide por un instrumento denominado “Amperímetro”. Este instrumento puede ser parte también de un instrumento denominado Multímetro, como es el caso del Simpson, descrito anteriormente. El amperímetro debe ser colocado en serie a una rama del circuito (ver Fig. 5.) Donde quiera medir corriente, de manera que la corriente circule por este, la corriente se mide en Amperes. Se debe desenergizar el circuito previamente. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 23 Rs + A I IRx Iv + E + V Rx Figura 5. 3.2 – Medición de Voltaje. En este caso el diferencial de potencial presente entre unos terminales o entre los extremos de un elemento del circuito como se presenta en la figura 5, se miden con un medidor llamado Voltímetro, este instrumento también puede formar parte de un Multímetro, se conecta en paralelo al dispositivo, la caída de tensión en un dispositivo se mide en Voltios. 4.3 – Medición de Resistencia. Para medir la capacidad de un dispositivo resistivo en oponerse al paso de la corriente se utiliza un equipo llamado Ohmetro, la unidad que se utiliza para medir resistencia es el OHM (Ω). A la hora de medir una resistencia es aconsejable retirar dicho elemento, del circuito en el caso de que pertenezca a un circuito eléctrico en particular. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 24 4. INSTRUCCIONES PARA MEDIR CON LOS MULTIMETROS. 4.1 – Realizar los siguientes pasos antes de proceder a medir: a) Coloque el instrumento en posición horizontal para obtener mayor precisión en la medida. b) Antes de medir, asegurarse que la aguja indicadora esta en cero (0), de no ser así ajuste a cero la aguja. c) Si desconoce el valor a medir, escoja el máximo rango de medida dependiendo el caso si es corriente o voltaje y luego disminuya hasta obtener una buena lectura. Antes de medir confirme que el rango de medida es el apropiado, así evitará daños por entrada excesiva. d) Los Multímetros poseen internamente fusibles de protección que están conectados a los terminales de entrada (cable de prueba). Antes de comenzar a medir, verifique el estado de los fusibles, haciendo un corto circuito entre los terminales de prueba, previa selección de uno de los rangos del Ohmetro, la aguja indicadora hará deflexión hacia cero (0), indicando que el fusible esta bueno, de no ser así, el fusible esta averiado o abierto. 4.2 – Pasos para medir voltaje DC, con el Multímetro Simpson 260. a) Colocar el conmutador de funciones del Multímetro en la posición de medida de tensión en el rango de voltaje requerido. b) Verificar que el conmutador de funciones de posición de polaridad (positiva o negativa), se encuentre ubicado en la posición correcta. Este conmutador también se usa para seleccionar el tipo de señal a medir (D.C o A.C). c) En caso de no conocer la magnitud del voltaje a medir utilice el rango más alto de medida y posteriormente valla disminuyendo con precaución el rango hasta obtener una lectura lo más cercana a la plena escala. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 25 d) En el caso de presentarse deflexión inversa de la aguja del medidor, cambie la posición de conmutador de funciones de polaridad. e) Recuerde para medir tensión el voltímetro se conecta en paralelo al dispositivo. 4..3 – Pasos para medir corriente DC, con el Multímetro Simpson 260. a) Colocar el conmutador de funciones del Multímetro en la posición de medida de corriente en el rango de corriente requerido. b) Verifique el punto ( b ) del caso anterior. c) En caso de no conocer la magnitud de la corriente a medir utilice el rango más alto de medida y posteriormente valla disminuyendo con precaución el rango hasta obtener una lectura lo más cercana a la plena escala. d) En el caso de presentarse deflexión inversa de la aguja del medidor, cambie la posición de conmutador de funciones de polaridad. e) Recuerde que para medir corriente en alguna rama de un circuito en cuestión, debe desenergizar y abrir la rama donde se desea medir la corriente y conectar el amperímetro en serie. 4.4 – Pasos para medir resistencias (Ohmios), con el Multímetro Simpson 260. a) Seleccione el rango del Ohmetro requerido. b) Calibre el Ohmetro cortocircuitando los terminales del mismo y usando la perilla de ajuste del cero (0) hasta lograr obtener una indicación de cero (0) de la aguja en la escala del Ohmetro. c) Antes de proceder a realizar la medición de una resistencia, cerciorarse de desconectarla del circuito si es el caso, para obtener una mejor precisión. Precaución: nunca realice la medición de una resistencia con el Ohmetro cuando el circuito o dispositivo (resistencia) este energizado. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 26 d) Trate de realizar la medición en la zona central de la escala, donde se obtiene una mejor precisión. e) Si por algún motivo cambia el rango de medición del Ohmetro debe volver a calibra dicho Ohmetro. f) El valor leído en la escala del Ohmetro debe ser multiplicado por el rango de medida o factor multiplicador seleccionado en dicha medida para obtener el valor en ohm (Ω) de la resistencia. PREGUNTAS a) Que le pasa al Multímetro, si por descuido, mido tensión (V), teniéndolo en la posición de amperímetro, en caso de no contar con un sistema de protección. b) Que rango o calibre utilizaría usted para medir una resistencia (R ) valor igual a 55 K Ω, si cuenta con un Multímetro en posición ohmetro que tiene el siguiente rango: RX1, RX10, RX100, RX 1000, RX 10000 Y RX 1000000. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 27 AMPERÍMETRO AOIP, MODELO H311 Especificaciones Rangos de D.C y A.C : 10, 50, 200 y 500 m A; 2 y 5 A. Caída de voltaje: 0,1 mV en el calibre de 10 m A. Clase: 1 para D.C y 1,5 para A.C IDENTIFICACIÓN DE CADA UNA DE LAS PARTES F H G A B D C E Figura 6. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 28 A.- Escala D.C B.- Espejo para evitar el error de paralaje. C.- Escala A.C D.- Aguja indicadora. E.- Ajuste del cero (0). F.- Calibre del amperímetro D.C y A.C. G.- Selector de D.C o A.C. H.- Terminal común (-). INSTRUCCIONES a) Para medir corriente continua, presione el botón negro y seleccione el calibre mas adecuado para la medida. b) Realice la conexión en serie del amperímetro al circuito, considere las polaridades ( + o - ). c) Lea en la escala D.C la cual tiene un rango de 0 a 100. La indicación de la medida viene dada en % del calibre utilizado. Por ejemplo, si la medida indica 60 y el calibre seleccionado es de 0,2 A, entonces existe una corriente de 0,12 A ( 120 m A), esto es: I = 60 % x 0,2 A/ 100 % = 0,12 A d) Para medir corriente alterna (A.C), presione el botón rojo. e) Realice las conexiones al circuito ( en serie) y lea en la escala correspondiente (A.C). f) El valor de la medida esta en % del calibre seleccionado. Las lecturas con el voltímetro y el amperímetro en A.C son valores eficaces (rms = rms = I ) 2 V , 2 LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I 29 FUENTE DE ALIMENTACIÓN DUAL ST 40+40/2500 A UNAOHM Especificaciones Voltaje de salida: Ajustable en forma continua desde 0 a 40 V en 2 rangos de 0 – 20 V y de 20 – 40 V. Se puede obtener desde 0 – 80 V mediante la conexión en serie de ambas fuentes. Ajuste fino: ± 0,5 V. Corriente de salida: 2,5 A max. Por cada fuente y 5 A cuando las fuentes son conectadas en forma paralela. Estabilidad: Un máximo de ± 0,001 % ± 0,5 mV bajo fluctuaciones de la tensión de entrada en ± 10 % y variaciones de la carga desde cero (0) hasta el máximo. Resistencia interna: 0,2 M Ω. Rizo residual: Menor a 100µV bajo cualquier conducción de trabajo. Protección contra sobre carga: Un dispositivo electrónico hace que el voltaje de salida descienda a cero (0) cuando el consumo de corriente exceda los 3 A por fuente. Un interruptor (reste) se encarga de reenergizar la fuente, cuando la sobrecarga es eliminada. Indicador de voltaje y corriente: Un indicador de 3 digitos da el valor de tensión (V) y corriente ( I ) de salida. LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I E 30 K G H F B A C D I Figura 7. J A.- Interruptor de encendido y apagado. B.- Interruptor de selección de modo de operación de las fuentes: NORMAL, SERIE y PARALELO. En modo serie o paralelo, los controles de tensión de la fuente ESCLAVA (slave) se desactivan y los controles de la selección MAESTRA (master) actúan en ambas fuentes. C.- Control de la tensión de salida. D.- Control de ajuste fino de la tensión de salida. E.- Selector de rango de voltaje. F.- Interruptor para seleccionar al indicador, como medidor de voltaje o medidor de corriente. G.- Indicador del sistema de protección de sobrecarga. H.- Interruptor que permite reactivar las fuentes después que la eliminada. sobrecarga ha sido LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS INTRODUCCIÓN AL MATERIAL DE LABORATORIO DE CIRCUITO EN CORRIENTE CONTINUA SERIE I I.- Terminales de salida de la fuente. J.- Terminal de chasis para conexión a tierra. K.- Indicador de voltaje (V) o corriente (A). 31