3E-Equipos Electronicos Educativos S.L.
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ENTRENADOR MODULAR DE ELECTROTECNIA MASTERLAB-4500 - MANUAL DE DESCRIPCIÓN Y PRÁCTICAS - 3E-Equipos Electronicos Educativos S.L. Valentín Beato, 11 28037 Madrid (ESPAÑA) Tf. 913 274 636 Fax. 913 274 636 comercial@3eequipos.com www.3eequipos.com Versión: 1 Actualizado: Octubre de 2004 Realizado por: Departamento Técnico de 3E Revisado por: Departamento Técnico de 3E 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. INDICE DE CONTENIDO 1. DESCRIPCION DEL ENTRENADOR 1.1 1.2 1.3 1.4 Propósito didáctico Realización de las prácticas Instrumentación complementaria Módulos de prácticas 2 4 5 5 6 16 2. PRACTICAS 2.1 Prácticas de electricidad estática 2.2 Prácticas preparatorias de electricidad dinámica 2.3 Prácticas de corriente continua 2.4 Prácticas de capacidad eléctrica 2.5 Prácticas de corriente alterna 2.6 Prácticas de magnetismo, electromagnetísmo e inducción electromagnética 2.7 Prácticas con transformadores 2.8 Prácticas con motores 2.9 Prácticas con circuitos RLC 2.10 Prácticas de rectificación y filtrado 2.11 Prácticas de circuitos eléctricos de aplicación 3. BIBLIOGRAFIA 17 24 31 81 90 99 118 153 183 200 229 242 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 1 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1. DESCRIPCIÓN DEL ENTRENADOR El entrenador MASTERLAB-4500 es un sistema didáctico modular para el estudio teórico-práctico de las instalaciones eléctricas industriales. Está basado en un conjunto de módulos para la realización de múltiples prácticas de automatismos eléctricos y electrónicos. Cada módulo incorpora los componentes necesarios y su panel frontal representa la simbología correspondiente. Sus hembrillas de seguridad de 4 mm., así como el conjunto de cables de doble clavija suministrados, permiten realizar las interconexiones conforme a los esquemas propuestos en las prácticas. La figura 1.1 muestra un ejemplo de lo indicado. La condición modular del entrenador permite emplear módulos comunes con otros entrenadores por razones de índole económico. Por ejemplo, si el centro formativo dispone de otros entrenadores de la serie MASTERLAB-XXXX, o bien la dotación a recibir incluye varios, no se suministran los que se repiten, salvo otro acuerdo, ya que se considera que no se efectuarán prácticas de niveles diferentes al mismo tiempo. Por tal motivo, en el apartado siguiente se indican los módulos necesarios para las prácticas que se proponen en este manual, independientemente de que se incluyan como dotación o como un conjunto para diversos entrenadores, en los que se repite esta situación. Por razones obvias, si se adquiere separadamente el MASTERLAB-4500, este incluirá todos los módulos necesarios. El capítulo 2 recoge un conjunto de descripciones básicas a modo de conocimientos soporte y de prácticas, en las que se indica la finalidad, la descripción del montaje, los módulos que son necesarios instalar en el bastidor vertical de prácticas y los procedimientos de montaje y comprobación, Los docentes añadirán a esto los conceptos y procedimientos que consideren en función de sus objetivos de estudio. 3EEquipos Electrónicos Educativos pone a disposición de los docentes su línea permanente de comunicación con el departamento técnico (departamentotecnico@3eequipos.com) para todo lo que los profesionales de la enseñanza deseen formular sobre las posibilidades didácticas de sus equipos. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 2 - -Página 3 - Fig. 1.1 Ejemplo de interconexión entre módulos. Los que figuran aquí son un mero ejemplo y no tienen por que coincidir con los módulos de este entrenador PANEL 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1.1 PROPÓSITO DIDACTICO El entrenador MASTERLAB-4500 se ha configurado para permitir la realización de los siguientes grupos de acciones de enseñanza-aprendizaje: Identificación de los componentes básicos y específicos y asociación con su función. Interpretación de la simbología de los componentes eléctricos y electrónicos. Experimentos básicos de electricidad estática. Medida de los parámetros básicos en corriente alterna y continua. Montajes básicos y avanzados de corriente continua. Análisis de la corriente alterna y experimentos básicos. Experimentos de electromecanismos. Experimentos con transformadores. Control de motores monofásicos y trifásicos. Montajes básicos y avanzados con componentes RLC en alterna. Montajes básicos de rectificación y filtrado. Montajes eléctricos básicos. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 4 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1.2 REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS Tal como se ha indicado en la introducción, las prácticas propuestas en el capítulo 3 se llevan a cabo instalando en el bastidor de sobremesa los módulos cuyos modelos se indican y uniéndolos mediante los cables flexibles de doble clavija de 4 mm. suministrados. Para facilitar tal procedimiento, los módulos que intervienen tienen en su frontal la simbología eléctrica en iguales condiciones a las de los esquemas de las prácticas y hembrillas de 4 mm. en sus puntos de entrada o salida. En tales condiciones, es suficiente con unir mediante los indicados cables los puntos señalados en el esquema de la práctica a realizar. Por razones de seguridad se observará lo siguiente: El cableado entre módulos debe efectuarse sin tensión de alimentación. Cuando el cableado se ha completado, se debe repasar insistentemente hasta comprobar que no se han cometido errores. La tensión de alimentación de los montajes debe estar protegida por un interruptor magnetotérmico y otro diferencial y contener el cable de tierra. El módulo que recibe la alimentación monofásica o trifásica, recibirá así mismo el cable de tierra. Después de los puntos anteriores, se procederá a dar alimentación al montaje realizado y llevar a cabo los procedimientos indicados para su análisis. 1.3 INSTRUMENTACIÓN COMPLEMENTARIA El entrenador incorpora dos instrumentos de medida de tensión y corriente en AC y DC. Sin embargo, para algunas prácticas se hace necesario cumplimentarlo con un polímetro para la medida de continuidad y de resistencia y con un osciloscopio para visualizar y medir la corriente alterna. Las prácticas de electrotecnia con componentes RLC tienen como base la corriente alterna de la red. Sin embargo, el profesor podrá proponer prácticas de filtros RC o LC para otras frecuencias, para lo que será necesario incorporar un generador de señales. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 5 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1.4 MÓDULOS DE PRÁCTICAS Las prácticas en el entrenador MASTERLAB-4500 están basadas en un conjunto de módulos que se instalan en el bastidor vertical. Cada módulo incorpora un componente comercial y su panel frontal reproduce el esquema eléctrico, con hembrillas de seguridad de 4 mm. para las interconexiones. Se instalan introduciéndolos en la fijación inferior del bastidor y atornillándolos en la superior, tal como muestra la figura 1.2. 1.2 Detalle de situación de los módulos en el bastidor Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 6 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Los módulos que son necesarios para realizar las prácticas contenidas en este manual son los siguientes: RELACION DE MÓDULOS 1 K7 Kit de electromagnetísmo, con un grupo motor/generador de DC. 1 K8 Kit de transformador desmontable 1 M-25 Motor monofásico 1 M-26/02 Motor universal 1 M-380 Motor trifásico 1 MATM-38 Módulo de alimentación 1 MC-3 Módulo con inductancias 1 MC-5 Módulo con condensadores 1 MC-18 Módulo de iluminación 1 MCT-10 Kit de electroestática 1 ME-17N Módulo con tubo fluorescente. 1 MM Múltimetro digital 1 MR-2 Módulo con diodos rectificadores 1 MR-25 Módulo con componentes resistivos 1 RL-1 Módulo con reles 1 TRB-03 Transformador didáctico trifásico (*) Los Kit K7 y K8 están contenidos en el mismo maletín. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 7 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. K7 KIT DE ELECTROMAGNETISMO, CON GRUPO MOTOR/GENERADOR Este kit está basado en un circuito impreso con los componentes vistos, y contiene lo siguiente: • Carrete con dos bobinas para las prácticas de electromagnetismo • Imán giratorio. • Grupo de motor/generador con sus ejes unidos K8 KIT DE TRANSFORMADOR DESMONTABLE Composición: Núcleo en “U” Bobina de 1000 espiras Bobina de 2000 espiras Cierre de núcleo en “I” Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 8 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. M-25 MOTOR MONOFÁSICO Motor con arranque por condensador de las siguientes características: Alimentación: 110-220 V Revoluciones: 1550 rpm Potencia: M-26/02 0’27 CV MOTOR UNIVERSAL ABIERTO Motor universal abierto por los costados para poder ver su contenido, especialmente las escobillas. Sus características son: Alimentación: 110-240 V AC, DC Revoluciones: 750 rpm Potencia: 0’3 CV Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 9 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. M- 380 MOTOR TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA Motor trifásico de jaula de ardilla montado sobre bancada, con las hembrillas y serigrafía en el frontal. Sus especificaciones principales son: Tensión de alimentación: 230/400 V Potencia: 0’5 CV 0,30 KW Velocidad: 1500 rpm a 50 Hz MATM-38 MÓDULO DE ALIMENTACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA Y CONTINUA Módulo de alimentación que incorpora las siguientes fuentes: DC AC • 24 V, 2 A • 0-20 V, 2 A • 15 + 15 V, 0’5 A • 24 V, 2 A Salida de red a la tensión de alimentación. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 10 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. MC-3 MÓDULO CON INDUCTANCIAS Módulo con nueve inductancias de diferentes valores para efectuar prácticas en corriente alterna. Sus valores son: L1 = 1 mH L2 = 1 mH L3 = 1 mH L4 = 10 mH L5 = 10 mH L6 = 10 mH L7 = 18 mH L8 = 33 mH L9 = 45 mH MC-5 MÓDULO CON CONDENSADORES Módulo que incorpora siete condensadores no polarizados de 400 V, y dos polarizados de 385 V. NO POLARIZADOS C1 = 56K, 400 V C2 = 56K, 400 V C3 = 100K, 400 V C4 = 100K, 400 V C5 = 220K, 400 V C6 = 270K, 400 V C7 = 470K, 400 V POLARIZADOS C8 = 220 µF, 385 V C9 = 470 µF, 380 V Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 11 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. MC-18 MÓDULO DE ILUMINACIÓN A 24 V Módulo destinado a las prácticas básicas de instalaciones de iluminación y similares, con alimentación a 24 V, que incorpora los siguientes componentes: 4 Lámparas de bayoneta de 24 V 2 Interruptores de palanca 2 Conmutadores 1 Conmutador de cruce 1 Pulsador 1 Zumbador MCT-10 KIT DE ELECTROSTÁTICA Maletín para prácticas de electricidad que contiene lo siguientes: • • • • • • • • Láminas de acetato Láminas de aluminio Electrómetro Barra de ebinita Barra de plexiglas Base vertical y gancho Bolas Piel de gato Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 12 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. ME-17N MÓDULO CON TUBO FLUORESCENTE Módulo con un tubo fluorescente de 5 W, dotado de cebador y reactancia. Este equipo es para alimentación a red. MM MULTIMETRO DIGITAL Múltimetro digital de 3 ½ dígitos, con cables terminados en hembrillas de 4 mm. Las hembrillas que se conectan a los módulos son dobles para facilitar interconexiones: Nota: El modelo puede cambiar por necesidades del mercado, pero mantendrá, como mínimo, las especificaciones de este. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 13 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. MR-2 MÓDULO CON SEIS DIODOS RECTIFICADORES Módulo que incorpora seis diodos rectificadores de 20 A. MR-25 MÓDULO CON COMPONENTES RESISTIVOS Módulo con resistencias fijas y variables de los siguientes valores: FIJAS R1 = 47 R2 = 100 R3 = 470 R4 = 1 K R5 = 1 K R6 = 10 K R7 = 10 K R8 = 10 K R9 = 18 K R10 = 22 K R11 = 47 K R12 = 68 K R13 = 100 K R14 = 150 K Potencia = ½ vatios VARIABLES LINEALES P1 = 330, 5 W P2 = 4K7, 0’5 W LOGARITMICAS P3 = 2200, 0’5 W P4 = 10 K, 0’5 W Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 14 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Rl-1 MÓDULO CON RELÉS Módulo que incorpora dos relés conmutadores de las siguientes características: • Tensión: 24 V AC • Corriente de los contactores: 8 A TRB-03 TRANSFORMADOR DIDÁCTICO TRIFÁSICO Equipo basado en un transformador didáctico trifásico, con un panel frontal que reproduce la simbología de los tres transformadores y que incorpora hembrillas de 4 mm. para las interconexiones. Características: • Primarios: 220-380 V. • Secundarios: 3x73 V por rama • Potencia: 500 W. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 15 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2. PRÁCTICAS 2.1 Prácticas de electricidad estática 2.2 Prácticas preparatorias de electricidad dinámica 2.3 Prácticas de corriente continua 2.4 Prácticas de capacidad eléctrica 2.5 Prácticas de corriente alterna 2.6 Prácticas de magnetismo, electromagnetísmo e inducción electromagnética 2.7 Prácticas con transformadores 2.8 Prácticas con motores 2.9 Prácticas con circuitos RLC 2.10 Prácticas de rectificación y filtrado 2.11 Prácticas de circuitos eléctricos de aplicación Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 16 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.1 PRÁCTICAS DE ELECTRICIDAD ESTÁTICA FUNDAMENTOS Práctica nº 2.1.1 Experimentos en electricidad estática Práctica nº 2.1.2 Comprobación de la electricidad estática con electroscopio y electrómetro. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 17 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.1 FUNDAMENTOS Es una manifestación física que se produce en los componentes elementales de la materia, lo que los griegos denominaban indivisible; los átomos que constituyen lo orgánico y lo inorgánico. Electricidad supone desequilibrio de cargas si es estática o movimiento de electrones por un conductor si es dinámica. Así, considérense dos ejemplos 1º Un objeto de plástico, tal como la envoltura de un bolígrafo se flota sobre un cuerpo de piel de animal, por ejemplo lana. Tal objeto ha perdido su condición inicial de neutro y se ha electrificado, lo que se manifiesta por la atracción que ejerce, por ejemplo, sobre pequeños trozos de papel. Esta condición pone a su vez de manifiesto otra propiedad de la materia, que es: • Cargas iguales se repelen • Cargas contrarias se atraen En este ejemplo se pone de manifiesto la electricidad estática 2º En un generador eléctrico compuesto por imánes y bobinas girando a su alrededor, el campo magnético desplaza electrones de un extremo a otro de los cables conductores de las bobinas, generando diferencia de potencial o tensión eléctrica ante cada revolución. Es esta la electricidad de tipo dinámico que se puede utilizar externamente, haciéndola circular por los conductores y, desde estos, a las aplicaciones. En efecto. Sin la influencia de fuerzas externas de tipo electrostático, magnético, térmico o similar, los electrones mantienen su neutralidad de cargas. La carga positiva de su núcleo está en equilibrio con la negativa de los electrones que orbitan sobre el. Sin embargo, si se influencia y pierden electrones queda cargado positivamente y si se le añaden adquieren carga negativa. El par electrón-hueco referido al electrón extraído y al hueco dejado en su átomo correspondiente es la electricidad, independiente de que se produzca por procedimientos electrostáticos de atracción o repulsión de fuerzas como por efectos electromagnéticos, con los que se consigue arrancar electrones y dar lugar a la diferencia de potencial y, con ello, a la corriente eléctrica cuando se permite que se recombinen (que los átomos recuperasen sus electrones perdidos) a través de la carga, la cual puede ser una simple bombilla o los complicados circuitos electrónicos. 2.1.1 Carga eléctrica La carga eléctrica es, por tanto, la diferencia de electrones que tiene un cuerpo, los cuales han sido desplazados por cualquier procedimiento. Su unidad es el Columbio, que corresponde a una diferencia de 6’3 x 1018 electrones. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 18 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. En esta la unidad básica de la electricidad. Sin embargo, si la electricidad es dinámica, como la producida en el generador del ejemplo anterior, se indica la cantidad por unidad de tiempo, que es: 1 Amperio = Columbio/segundo 2.1.2 Campo eléctrico Respecto al ejemplo inicial de la electrización por flotación de un bolígrafo sobre un cuerpo de piel de animal, esa situación ha dado lugar a la aparición de un campo eléctrico, el cual se define como la región del espacio en la que una carga está sometida a una fuerza de naturaleza eléctrica. 2.1.3 Corriente eléctrica y magnitudes fundamentales Se ha definido la electricidad como la consecución de desequilibrio de los electrones de la materia conductora por cualquier procedimiento. Tal condición da lugar a una magnitud de primer orden: la denominada diferencia de potencial o tensión eléctrica (V). A su vez, el número de cargas eléctricas por unidad de tiempo que se desplazan por un conductor es la corriente eléctrica (A). Una tercera magnitud fundamental es la resistencia eléctrica –R-, la cual se define como la oposición que presentan los conductores al paso de la corriente eléctrica. Su unidad es el Ohm. En concreto. V= Diferencia de potencial, expresado en voltios. I= Intensidad de la corriente (de electrones) que circula por un conductor por unidad de tiempo. Su unidad es el amperio (A). R= Resistencia que presentan los conductores al paso de la corriente eléctrica, en Ohm. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 19 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.1.1 EXPERIMENTOS EN ELECTRICIDAD ESTÁTICA Finalidad: Experimentar las propiedades que adquieren los cuerpos al ser flotados. Descripción: Conforme a lo indicado en la introducción, cuando se flotan entre si, dos cuerpos de diferente naturaleza se produce en ellos alteración de cargas, con lo que se electrizan. Para los experimentos de esta práctica, se tendrán en cuenta las siguientes condiciones: • Al flotar una barra de ebonita con piel de animal queda cargada negativamente (la piel ha cedido electrones). • Al flotar una barra de plexiglas con la superficie de acetato, la primera queda cargada positivamente (ha cedido electrones al acetato). • Como consecuencia de lo anterior, la piel queda cargada positivamente y el acetato de forma negativa. Fig. 2.1 Ejemplo de experimentación de la electricidad electrostática Equipamiento necesario: MCT-10 Maletín de electroestática Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 20 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Flotar la barra de ebonita con la piel de animal y acercarla a pequeños trozos de papel dispuestos sobre la superficie de la mesa y comprobar que los atrae como consecuencia de la carga eléctrica adquirida. b) Repetir la operación, pero ahora con la barra de plexiglas flotada sobre la superficie de acetato. El efecto debe ser el mismo. c) Montar el péndulo electroestático (ver figura 2.1) y después acercar la barra de ebinita previamente electrizada a la bola, comprobando que la atrae para después repelerla. Repetir la operación electrizando la barra de plexiglas, con el mismo resultado. d) Tocar la bola con la barra de ebonita electrizada y después acercarle la de plexiglas, comprobando que se repelen. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 21 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.1.2 COMPROBACIÓN DE LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA CON ELECTROSCOPIO Y ELECTRÓMETRO Finalidad: Experimentar el funcionamiento del electroscopio y del electrómetro ante electricidad estática. Descripción: El electroscopio es un sencillo útil destinado a determinar de forma cualitativa el estado de carga de un cuerpo. Está formado por dos ligerísimas láminas de aluminio las cuales se separan al tocarla con un cuerpo cargado, poniendo de manifiesto que cargas del mismo signo se repelen. La figura 2.2 a) lo muestra. Fig. 2.2 a) Electroscopio El ángulo que forman las láminas al separarse es proporcional al valor de la carga. Si se les dota de una escala graduada, constituirán un instrumento de medida denominado electrómetro, que es el segundo instrumento a emplear en esta práctica. La figura 2.2 b) lo muestra. Equipamiento necesario: MCT-10. Maletín de electrostática Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 22 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.2 b) Electrómetro Procedimientos: a) Cortar dos tiras de 6 cms x 0’5 mm. de papel de aluminio idénticas y fijarlas al gancho con algún tipo de cinta adhesiva, para quedar conforme a la figura 2.2 a). b) Flotar la barra de ebonita con la piel de animal y tocar con ella la parte superior del electroscopio, comprobando que las láminas se separan un ángulo dependiente de la carga electrostática. Repetir la operación con la barra de plexiglas después de flotarla sobre la superficie de acetato. c) Repetir la operación con las dos barras, pero ahora con un instrumento de laboratorio como es el electrómetro. Sus láminas son en este las interiores, las cuales se separan con un ángulo determinado por la carga NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 23 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.2 PRÁCTICAS PREPARATORIAS DE ELECTRICIDAD DINÁMICA Práctica nº 2.2.1 Identificación de los componentes del entrenador Práctica nº 2.2.2 Preparación de la alimentación y de los instrumentos de medida. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 24 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.2.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DEL ENTRENADOR Finalidad: Identificar todos los componentes del entrenador y asociarlos con su función. Descripción: El entrenador está compuesto por los siguientes componentes: 1 BT-6. Bastidor vertical de sobremesa MÓDULOS INSTALABLES EN EL BASTIDOR • • • • • • • • • 1 MR-2. Módulo con diodos 1 MC-3. Módulo con inductancias 1 MC-5. Módulo con condensadores 1 MC-18. Módulo de iluminación 1 ME-17N. Módulo con tubo fluorescente 1 MR-25. Módulo con componentes resistivos. 1 MATM38. Módulo de alimentación. 1 RL-1. Módulo con relés. 1 MM. Múltimetro digital. MÓDULOS Y EQUIPOS DE SOBREMESA • • • • 1 K7. Módulo de electromagnetísmo, con motor/generador. 1 K8. Transformador desmontable. 1 MCT-10. Maletín de electrostática. 1 TRB-03. Transformador didáctico trifásico MOTORES • 1 M-380. Motor trifásico de jaula de ardilla. • 1 M-25. Motor monofásico abierto. • 1 M-26/02. Motor universal. OTROS • Conjunto de cables de interconexión de banana a banana. • Cables con conector BNC a hembrillas de 4 mm. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 25 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: MASTERLAB-4500 completo Procedimientos: a) Identificar el bastidor de prácticas BT-6 y llevar a cabo las siguientes acciones: • Localizar los raíles inferiores de sujeción de los módulos. Para detalles ver la figura 1.1 del capítulo 1. • Localizar las filas de tuercas prisioneras para enclavar los módulos. Para detalles ver la figura 1.1 del capítulo 1. b) Identificar los módulos instalables en el bastidor y llevar a cabo las siguientes acciones: • Identificar su simbología. • Localizar sus hembrillas de conexión asociada a los componentes. c) Identificar el Kit de electromagnetismo y motor generador K7 y llevar a cabo las siguientes acciones: • Identificar la bobina y su simbología. • Identificar el imán giratorio. Moverlo con la mano para observar su mecánica. • Identificar las hembrillas de conexión asociadas. • Identificar el conjunto motor/generador. d) Identificar el Kit K8 y, en él, localizar todos los componentes del transformador desmontable. Tales componentes son: • 1 Bobina de 1000 espiras • 1 Bobina de 2000 espiras • 1 Núcleo en “U” • 1 Cierre de núcleo en “I” Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 26 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. e) Identificar el multimetro MM y, en el, lo siguiente: • Los rangos de medida.. • Los tipos de medida que realiza • Las hembrillas de 4 mm. en ambos extremos. Las que se conectan a los módulos son dobles para facilitar interconexiones. f) Identificar el motor trifásico M-380 y, en el, las hembrillas y la serigrafía de las bobinas. g) Repetir operaciones para los motores M-25/02 y M-26. h) Identificar los cables de interconexión, que corresponden a los siguientes: • Cable de red con tres hembrillas (dos de alimentación y una de tierra) para la alimentación. • Cables de clavija dobles de 4 mm. • Cable de clavija de 4 mm. en un extremo y de 2 mm. en el otro. • Cables con conector BNC a hembrillas de 4 mm. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 27 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. DETALLE DE LOS DOS MÓDULOS DE ALIMENTACIÓN Y MEDIDAS MATM-38 MM-2 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 28 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.2.2 PREPARACIÓN DE LA ALIMENTACIÓN Y DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA Finalidad: Instalar el módulo de alimentación necesario para las prácticas de este capítulo y comprobar el primero midiendo sus tensiones de salida. Descripción: Las tensiones continuas necesarias para las siguientes prácticas las proporciona el módulo MATM-28, el cual dispone de las siguientes fuentes: DC AC • 24 V, 2 A • 0-20 V, 2 A • 15 + 15 V, 0’5 A • 24 V, 2 A Sus hembrillas negras son para los negativos y las rojas para los positivos, y las azules para la alterna. Este módulo incorpora así mismo hembrillas verdes para salida de la tensión de red de entrada. Equipamiento necesario: MATM-38. Módulo de alimentación. MM. Múltimetro digital. Cables de interconexión Procedimientos: a) Instalar el módulo MATM-38 en el bastidor de prácticas siguiendo el procedimiento indicado en el capítulo 1, figura 1.1 y alimentar el primero con la tensión de red. Prestar mucha atención al cable de tierra, conectándolo a su hembrilla correspondiente. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 29 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Como se ha indicado en el capítulo 1, la toma de suministro de energía para el entrenador tiene que estar protegida por un interruptor magnetotérmico y otro diferencial conforme al reglamento del país de utilización. b) Proceder a medir la tensión continua (DC) de la fuente fija y de la variable. Para esta última, girar de uno a otro extremo el potenciómetro asociado y comprobar que el margen de tensión es el indicado. c) Comprobar ahora las tres salidas de tensión alterna, que son: • La de la red, indicada como tal. • La de 15 + 15 V, con cero central. • La de 24 V. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 30 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.3 PRÁCTICAS DE CORRIENTE CONTINUA Práctica nº2.3.1 Instalación del módulo de componentes resistivos Práctica nº2.3.2 Verificación de la ley de Ohm Práctica nº2.3.3 Resistencia total de un circuito serie Práctica nº2.3.4 Resistencia de un circuito paralelo Práctica nº2.3.5 Resistencia total de un circuito serie/paralelo Práctica nº2.3.6 Medida de la potencia de un circuito resistivo Práctica nº2.3.7 Conexión de lámparas en serie Práctica nº2.3.8 Conexión de lámparas en paralelo Práctica nº2.3.9 Conexión de lámparas en serie/paralelo Práctica nº2.3.10 Análisis de la curva de respuesta de las resistencias variables Práctica nº2.3.11 Lámpara con iluminación variable Práctica nº2.3.12 Análisis de un divisor de tensión. Práctica nº2.3.13 Sistemas de simplificación: 1. Aplicación de la primera ley de Kirchhoff Práctica nº2.3.14 Sistemas de simplificación: 2. Aplicación de la segunda ley de Kirchhoff Práctica nº2.3.15 Sistemas de simplificación: 3. Teorema de Thevenin y Norton. Práctica nº2.3.16 Aplicación del teorema de superposición. Práctica nº2.3.17 Circuitos resistivos en triángulo. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 31 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. FUNDAMENTOS Las prácticas de este capítulo están orientadas a la medida de las magnitudes básicas de resistencia eléctrica (R), tensión (V) y corriente (I). Para tal finalidad se propone un conjunto de prácticas de montaje con componentes resistivos del módulo MR-25 alimentados con el módulo MATM-38 y cuyas medidas de las indicadas magnitudes se efectuarán con el módulo MM-2, que incorpora un voltímetro y un amperímetro, ambos de configuración analógica. RESISTENCIA ELÉCTRICA Y RESISTENCIAS Por definición, la resistencia eléctrica es la oposición que presentan los cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica. George Simón Ohm observó la relación entre el voltaje aplicado a un conductor y la resistencia que presenta y, como consecuencia, la corriente que circula por el y estableció la ley que lleva su nombre, cuyas expresiones son: V V=R.I I= V R= R I Donde; V = Tensión eléctrica en voltios. I = Intensidad de corriente en amperios. R = Resistencia eléctrica (del conductor) en Ohm. Así, a modo de ejemplo: “La resistencia que presenta un conductor sobre el que hay una diferencia de potencial de 1 voltio y por el que circula una corriente de 1 Amperio es de 1 Ohm”. La resistencia eléctrica que presentan los conductores depende de su naturaleza, de su longitud y de su sección. Así: L R=ρ S Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 32 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Donde; ρ = Coeficiente de resistividad del material L = Longitud del conductor. S = Sección del conductor. Resistencia es, por tanto, la oposición expulsada en Ohm que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica y, también, en el lenguaje actual, el componente fabricado con esa propiedad, el cual se destina, por ejemplo, a la reducción de la tensión eléctrica. Así, considérese el siguiente montaje, figura 2.3. Fig. 2.3 Circuito eléctrico en el que intervienen una resistencia. Interviene una batería de 12 V con la que se pretende alimentar una lámpara de 4 V, 0’5 A, lo que justifica el empleo de una resistencia eléctrica para que queden entre sus extremos los 8 V restantes. V Si R= 12 – 4 = I 8 = I = 16 ohm 0’5 ¡Demostración de que sobre la resistencia queda una diferencia de potencial de 8 V. V = R . I = 16 . 0’5 = 8 Esta es, por tanto, la base de la ley de Ohm. TIPOS DE RESISTENCIAS Referido a los componentes comerciales que presentan resistencia eléctrica –las resistencias- se pueden considerar formadas por tres grupos, que son: • Resistencias fijas. Corresponde este grupo a los componentes cuyo valor, expresado en Ohm, es fijo. Diferentes sistemas de marcado dan indicación de su valor. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 33 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Como todos los conductores, presentan alteración con los cambios de temperatura, pero su valor es despreciable en aplicaciones cotidianas. Fig. 2.4 Símbolo de las resistencias • Resistencias variables. Son componentes resistivos cuyo valor se puede variar desde cero hasta el máximo mediante un procedimiento mecánico. Están basados estos componentes en pistas longitudinales o circulares de material resistivo, con contactos en los extremos y un cursor para desplazarse por todo el cuerpo. Su símbolo es el de la figura 2.5. Fig. 2.5 Simbología de las resistencias variables Estas resistencias presentan dos condiciones, que son el procedimiento mecánico para barrer el cuerpo y por tanto para obtener todo su rango de resistencia, y la ley de variación. El procedimiento mecánico puede ser un simple cursor metálico con una hendidura para un destornillador o similar, o bien un eje para un botón de mando. En el primer caso, la resistencia variable se emplea en el interior de los equipos, para el ajuste preciso a un determinado voltaje o similar, y el segundo para los mandos frontales de usuario, por ejemplo el de volumen de audio de un receptor de radio. En cuanto a la ley de variación, esta puede ser lineal, representando que los incrementos de valor son iguales si lo son los desplazamientos de su eje, y de variación logarítmica. • Resistencias dependientes de parámetros externos. Corresponde este grupo a resistencias especiales que presentan un valor dependiente de parámetros tales como la temperatura, la luz o la tensión entre sus extremos. Los componentes más representativos de este grupo son: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 34 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. NTC = Resistencia que presenta un coeficiente negativo con los incrementos de temperatura. PTC = Como lo anterior, pero con coeficiente positivo. Ambos componentes se emplean en el control de temperaturas, ya que su valor depende de tal parámetro. VDR = Resistencia cuyo valor, con coeficiente negativo, depende de la tensión aplicada a sus extremos. LDR = Resistencia cuyo valor depende de la luz que incida sobre su cuerpo, Presenta coeficiente negativo. INDICACION DEL VALOR DE LAS RESISTENCIAS La indicación del valor de las resistencias comerciales puede adoptar tres formas, que son: • Valor numérico. Sobre el cuerpo se escribe el valor en Ohm o en alguno de sus múltiplos o submúltiplos. • Valor en franjas de colores. Corresponde al sistema más empleado. Un conjunto de cuatro franjas de colores permite indicar todos los valores estándar comerciales y su tolerancia. La figura 2.6 lo representa. Fig. 2.6 Franjas para indicar el valor de las resistencias Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 35 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. La lectura comienza desde la franja más próxima a un extremo de la resistencia. En cuanto a los colores y su correspondencia numérica, estos son los siguientes: Color Asignación numérica Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Las dos primeras franjas expresan su valor numérico, la tercera es su factor multiplicador y la cuarta, si la tiene, la tolerancia, cuya condición es: Sin franja = ± 20% Dorado = ± 5% Plateado = ± 10% Así, considérese el siguiente ejemplo: Fig. 2.7 Ejemplo de colores Su valor es: 27 000 ohm Multiplicador Ya que, Rojo = 2 Violeta = 7 Naranja = 000 Con una tolerancia del 5%. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 36 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Las resistencias eléctricas se distinguen por tres parámetros básicos, que som: • Valor. Resistencia que presenta expresada en Ohm, en Kohm (X1000) o en Mohm (X1000000). • Tolerancia. Error máximo que puede presentar respecto al valor marcado. • Potencia. Indicación en W de la disipación de potencia máxima que puede soportar el cuerpo del componente. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 37 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.3.1 INSTALACIÓN DEL MÓDULO DE COMPONENTES RESISTIVOS Finalidad: Instalar el módulo de componentes resistivos MR-25 para identificarlos y asociarlos con su función. Descripción: El módulo MR-25 incorpora los siguientes componentes resistivos: RESISTENCIAS FIJAS R1 = 47 R2 = 100 R3 = 470 R4-R5 = 1000 R6 = 10 K R7 = 10 K R8 = 10 K R9 = 18 K R10 = 22 K R11 = 47 K R12 = 68 K R13 = 100 K R14 = 150 K RESISTENCIAS VARIABLES LINEALES LOGARITMICAS P1 = 330, 5 W P2 = 4K7, 0’5 W P3 = 2200, 0’5 W P4 = 10 K, 0’5 W Equipamiento necesario: MR-25. Módulo de componentes resistivos. MM. Multímetro digital Procedimientos: a) Instalar el módulo MR-25 en el bastidor de prácticas. b) Identificar las resistencias fijas y, en ellas, su simbología y sus hembrillas. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 38 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. c) Identificar las resistencias variables y, en ellas, su simbologías y sus hembrilla. Mover sus mandos operativos para comprobar el recorrido de las resistencias variables. d) Mediante el multímetro, medir resistencias a elección entre las fijas y las variables. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 39 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.3.2 VERIFICACION DE LA LEY DE OHM Finalidad: Efectuar montajes de aplicación de la ley de Ohm y comprobarlos experimentalmente. Descripción: Se trata de obtener la corriente que circula intercalando un instrumento en medida de corriente continua, por una asociación serie de resistencias, así como la caída de tensión en cada una. Para eso, se recurrirá a la fórmula de la resistencia total de una asociación serie de resistencias, que es la suma de las resistencias parciales. Así: RT = R1 + R2 + R3 + Rn El circuito propuesto es el de la figura 2.8. Fig 2.8 Asociación de resistencias Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MR-25. Módulo con componentes resistivos • MM. Multímetro digital Procedimientos: a) Instalar los módulos MATM-38 y MR-25, alimentando el primero con tensión monofásica. b) Conexionar el circuito propuesto y aplicarle una tensión de 10 V desde la fuente de corriente continua variable del módulo MATM-38. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 40 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. c) Medir la caída de tensión en las resistencias que intervienen, anotando el valor: VR3 ______ V VR4 ______ V d) Con los valores de tensión, corriente y resistencia, verificar que se cumplen las tres expresiones de la Ley de Ohm. V I= V V=R.I R R= I Llevar a cabo las operaciones necesarias para demostrarlo. e) Repetir las operaciones para una tensión de alimentación de 6V. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿La corriente que circula por las dos resistencias es la misma?. Dar explicación que lo justifique. 2. ¿El amperímetro se puede colocar en cualquier punto del circuito, incluso en el polo negativo?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 41 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.3 RESISTENCIA TOTAL DE UN CIRCUITO EN SERIE Finalidad: Asociar en serie un conjunto de resistencias y efectuar medidas de comprobación. Esta práctica es complementaria a la anterior para hallar la tolerancia de las resistencias. Descripción: Dado que en una asociación serie de resistencias, la resistencia total o equivalente es la suma de las resistencias parciales, la expresión es: R = R2 + R23+ R4 + R6 El circuito propuesto es el de la figura 2.9. Fig. 2.9 Asociación de resistencias Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MR-25. Módulo con componentes resistivos MM. Multímetro digital Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 42 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen y alimentar el MATM-38 con tensión monofásica. b) Conexionar el circuito formado por R2, R3, R4, y R6 y medir la resistencia total con el polímetro. Anotarla. RT = ______ c) Calcular el valor teórico y compararlo con el obtenido experimentalmente para hallar el error por tolerancia de las resistencias. (%) de error = ______ Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿El valor de las resistencias se mantiene constante ante los cambios de temperatura?. 2. ¿Qué significa una tolerancia de + 3%?. Explícalo. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 43 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.4 RESISTENCIA DE UN CIRCUITO EN PARALELO Finalidad: Asociar resistencias en paralelo y efectuar medidas de comprobación. Descripción: Realizar una asociación en paralelo de tres resistencias y hallar experimentalmente la tolerancia que presenta el grupo. La fórmula para obtener la resistencia de una asociación en paralelo formada por tres resistencias es: 1 RT= 1 R1+R2+R3 El circuito propuesto es el de la figura 2.10. Fig. 2.10 Resistencias en paralelo Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MR-25. Módulo con componentes resistivos MM. Multímetro digital Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 44 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen y alimentar el MATM-38 con tensión monofásica. b) Montar el circuito propuesto con las resistencias R2, R3, y R4. c) Calcular mediante la expresión anterior el valor de la resistencia total y anotarlo. RT = ______ d) Medir con el polímetro el valor de la resistencia total y compararlo con el obtenido en el cálculo teórico. La posible diferencia solo puede ser debida a la tolerancia de las resistencias. Hallar la tolerancia y anotar su valor. (%) de error = ______ NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 45 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.5 RESISTENCIA TOTAL DE UN CIRCUITO SERIE-PARALELO Finalidad: Asociar resistencias en serie y en paralelo y efectuar medidas de comprobación. Descripción: Realizar una asociación mixta formada por resistencias tanto en serie como en paralelo. La técnica a emplear para obtener la RT es ir hallando resistencias equivalentes de derecha a izquierda del circuito hasta obtener la resistencia equivalente final. El circuito propuesto para esta práctica es el de la figura 2.11. Fig. 2.11 Asociación mixta de resistencias Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MR-25. Módulo con componentes resistivos • MM. Multímetro digital Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 46 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen y alimentar el MATM-38 con tensión monofásica. b) Montar el circuito formado por R1, R2, R3, R4 y R5 y calcular el valor teórico de la resistencia total del circuito. Anotar su valor. RT = ______ c) Medir con el multímetro el valor de la resistencia total del circuito y compararlo con el obtenido en el cálculo anterior. La posible diferencia solo puede ser debida a la tolerancia de las resistencias. Hallar el valor del error, en porcentaje. d) Aplicar una tensión de 10 V al circuito. e) Calcular la corriente principal que circula por el circuito y después medirla. Pequeñas diferencias serán debidas a tolerancias, y grandes a errores en el montaje o a los cálculos. En ese caso, repetir operaciones. f) Calcular la tensión que debe quedar en extremos de R1 y R2 y después medirlas como comprobación. Su suma debe coincidir con la tensión del generador. VR1 = ______ VR2 = ______ NOTA: Tener en cuenta que R2 tiene en paralelo el resto de las resistencias, excepto R1. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 47 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.6 MEDIDA DE LA POTENCIA EN UN CIRCUITO RESISTIVO Finalidad: Realizar un montaje de corriente continua que ponga de manifiesto las expresiones que definen la potencia eléctrica. Descripción: La potencia, como presentación del trabajo realizado, puede expresarse del siguiente modo: T=E.Q donde, T = trabajo en julios Q = carga en culombios E = energía Y, como la potencia es el trabajo realizado en la unidad de tiempo. E.Q Julios P= = t = vatios segundos Pero si se cambia la notación Culombios por segundo por amperios, se tiene la representación de la potencia eléctrica, que es: P=E.I La cual también puede expresarse de los siguientes modos: E2 2 P=I R P= R Las unidades empleadas son: Vatio = Kilovatio (KW) = 1 1000 = 103 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 48 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. O en unidades inferiores al vatio, que son: Picovatio (pW) = 10-9 Microvatio (µW) = 10-6 Milivatio (mW) = 10-3 Para poner de manifiesto la potencia, se hallará la consumida por una resistencia de un circuito serie alimentado con 10 V. El circuito propuesto es el siguiente, figura 2.12: Fig. 2.12 Circuito serie para calcular la potencia Conforme a las expresiones anteriores, se hallará la potencia disipada por R1. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MR-25. Módulo con componentes resistivos MM. Multímetro digital Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen y alimentar el MATM-38 con tensión monofásica. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 49 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. b) Calcular la corriente que circula por el circuito anterior. c) Calcular las caídas de tensión en las resistencias. d) Comprobar los parámetros anteriores, anotando los valores. IT = ______ VR1 = ______ VR2 = ______ e) Con los datos obtenidos, calcular la disposición de R1, anotándola en vatios y en milivatios. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Las dos resistencias presentan la misma disipación de potencia? 2. ¿Se puede poner en el circuito resistencias preparadas para más disipación de la real?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 50 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.7 CONEXIÓN DE LAMPARAS EN SERIE Finalidad: Efectuar un montaje de lámparas en serie alimentadas con 24 V de continua del módulo MATM-38. Descripción: Se emplearán dos lámparas de tipo bayoneta del módulo MC-18 alimentadas con 24V desde el módulo MATM-38. El circuito es el siguiente; figura 2.13. Fig. 2.13 Conexión de lámparas en serie Las dos lámparas tienen las mismas características eléctricas, por lo que la tensión de la fuente se repartirá entre ellas. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-18. Módulo de iluminación MM. Multímetro digital Procedimientos: a) Instalar el módulo que interviene en la práctica. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 51 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. b) Cablear el circuito propuesto y llevar a cabo las siguientes acciones: • Comprobar que las dos lámparas se iluminan con la misma intensidad. • Medir la tensión en extremos de cada lámpara para comprobar el reparto de tensiones, ya que sus características eléctricas son iguales. • Medir la corriente que circula por el circuito y, con ello, calcular la resistencia que presenta cada lámpara. V R = I Anotar el valor. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Se encenderían las dos lámparas con la misma intensidad si fuesen de características diferentes?. 2. ¿Si una de las lámparas fuese de más intensidad, se encenderían más o menos que la otra?. Dar explicación que lo justifique. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 52 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.8 CONEXIÓN DE LAMPARAS EN PARALELO Finalidad: Efectuar un montaje de lámparas en paralelo alimentadas con 24 V de corriente continua del módulo MATM-38. Descripción: Se emplearán tres lámparas de tipo bayoneta del módulo MC-18 alimentadas con 24V desde el módulo MATM-38. El circuito es el siguiente; figura 2.14. Fig. 2.14 Conexión de lámparas en paralelo En este montaje, la condición es que las lámparas sean para la misma tensión, siendo indiferente su consumo. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-18. Módulo de iluminación MM. Multímetro digital Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 53 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Cablear el circuito propuesto y llevar a cabo las siguientes acciones: • Comprobar que las lámparas se iluminan con la misma intensidad. • Medir la corriente total y después las parciales para comprobar que las lámparas tienen las mismas características. IT = IT = IL1 + IL2 + IL3 c) Calcular la resistencia total que presenta el circuito y comprobar que se cumple, conforme a IT. V I = V ; R R= I Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Si las lámparas fuesen de voltajes diferentes, se alimentaría el circuito con el de la más baja o el de la más alta?. 2. ¿Es el montaje paralelo, por que es indiferente la intensidad de las lámparas?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 54 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.9 CONEXIÓN DE LAMPARAS SERIE/ PARALELO Finalidad: Efectuar un montaje de lámparas en serie y en paralelo alimentadas con 24 V de continua del módulo MATM-38. Descripción: El circuito propuesto es el de la siguiente figura 2.15. Fig. 2.15 Montaje serie-paralelo Dado que las características de las cuatro lámparas son iguales, se producirá un reparto de tensiones entre los grupos L1-L2 y L3-L4 y la intensidad luminosa de las cuatro será igual. Sin embargo, si se desconecta L2 o L3, el circuito se desequilibra y con ello las tensiones en los dos grupos será distinta, lo mismo que su intensidad luminosa. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 55 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-18. Módulo de iluminación MM. Multímetro digital Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Cablear el circuito propuesto y llevar a cabo las siguientes acciones: Comprobar que los dos grupos de lámparas se iluminan igual. Medir la tensión en cada grupo y comprobar que tiene el mismo valor y cuya suma corresponde con la de la fuente. Medir la corriente total y, con ello, calcular la resistencia de cada lámpara, cuyo valor debe coincidir con el de las prácticas anteriores. b) Desconectar la lámpara L2 y proceder a comprobar lo siguiente: Que el nivel de iluminación de L1 es diferente (mayor) que la del grupo L3-L4. Que el reparto de tensiones entre L1 y el grupo L3-L4 está desequilibrado respecto de la situación anterior, aunque su suma sea igual a la de la fuente. Anotar los valores. VL1 = VL3-L4 = Dibujar el circuito equivalente con resistencias, indicando el valor que presenta L1 y L3-L4. Con ello calcular las caídas de tensión, las cuales deben coincidir con las medidas efectuadas. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 56 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Por qué se enciende más L1 al desconectar L2?. Dar explicación que lo justifique. 2. ¿Se produciría el mismo efecto si se desconecta L4 en lugar de L1? NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 57 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.10 ANÁLISIS DE LA CURVA DE RESPUESTA DE LAS RESISTENCIAS VARIABLES Finalidad: Experimentar la variación de resistencia de potenciómetros del tipo lineal y logarítmico del módulo MR-25. Descripción: Se desea experimentar la variación del valor de los potenciómetros P2 y P4 del módulo MR-25 en función del desplazamiento del cursor. Cada desplazamiento del cursor da un valor del potenciómetro y un desplazamiento total del cursor da un valor ohmico que corresponde al nominal. Hay que notar que la resistencia equivalente entre los extremos del potenciómetro es igual al valor nominal del potenciómetro, esté donde esté el cursor central. A B C Fig. 2.16 a) Simbología de la resistencia variable Valor de los potenciómetros: P2 = 4700 ohm, lineal P4 = 10000 ohm, logarítmico Equipamiento necesario: • MR-25. Módulo de componentes resistivos MM. Multímetro digital Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 58 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar el módulo MR-25. b) Girar el mando de P2 totalmente a la derecha y medir con el polímetro el valor resistivo entre A y C, B y C y A y B, anotando las lecturas obtenidas. A - C = _____ B – C = _____ A – B = _____ c) Girar ahora el mando totalmente a la izquierda y repetir la operación del punto anterior. A - C = _____ B – C = _____ A – B = _____ d) Respecto de la posición que ocupa el mando, girar ¼ su recorrido y medir entre A y C y B y C, anotando los valores obtenidos. A - C = _____ B – C = _____ e) Repetir la operación girando el mando ½ de recorrido primero y ¾ después, comprobando con ello la curva de respuesta lineal del potenciómetro. f) Repartir todas las operaciones empleando ahora P4, el cual es de variación logarítmica. Hallar experimentalmente su curva, que corresponde a la que se muestra en la figura 2.16 b). Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 59 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.16 b) Curva de variación logarítmica de P3 La Ley de variación logarítmica sigue la siguiente ecuación: R =Rn (1-10-α) Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Un potenciómetro logarítmico, presenta un valor mitad del nominal cuando está situado en el centro de su recorrido?. 2. ¿Y uno lineal?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 60 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.11 LÁMPARA CON ILUMINACIÓN VARIABLE Finalidad: Efectuar un montaje de una lámpara con control de iluminación mediante una resistencia variable. Se alimentará con 24 V de continua desde el módulo MATM-38. Descripción: El circuito propuesto es el siguiente, figura 2.17 Fig. 2.17 Esquema del montaje propuesto La resistencia variable es P1 del módulo de componentes resistivos MR-25. Por razones ya conocidas, la tensión de la fuente se repartirá entre P1 y la lámpara. A mayor valor de P1, menor será la corriente y con ello la diferencia de potencial sobre la lámpara, con repercusión sobre su iluminación. Así: V=R.I Donde la resistencia corresponde a la interna de la lámpara y es fija. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 61 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-18. Módulo de iluminación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Cablear el circuito propuesto y llevar a cabo las siguientes acciones: Girar el potenciometro de un extremo a otro para comprobar los niveles mínimo y máximo de iluminación de la lámpara. Fijar cuatro posiciones del potenciómetro y, para cada una de ellas, medir la corriente en circulación y las caídas de tensión, anotando los valores. Posición 1 2 3 4 I VP1 VL1 Comprobar que, en todas las posiciones, la suma de las caídas de tensión corresponden a la de la fuente. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 62 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.12 ANALISIS DE UN DIVISOR DE TENSION Finalidad: Montar y analizar un divisor de tensión con dos resistencias, efectuando cálculos teóricos de valores de tensión y corriente Descripción: Los divisores de tensión resistivos son empleados en las aplicaciones prácticas para obtener valores de tensión diferentes a los de la fuente Ve. Naturalmente, para una tensión VS a entregar por el divisor, ésta se mantendrá en su valor solo si lo hace la carga conectada. Un ejemplo es el siguiente, figura 2.18. Fig. 2.18 Divisor de tensión resistivo La corriente que circula por las resistencias es: Ve IT = R1 + R2 En el circuito se produce la siguiente igualdad: VS R2 = Ve R1 + R2 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 63 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Y, por tanto, la tensión de salida VS vale: VS = Ve = R2 R1 + R2 Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Calcular el valor de VS para una tensión de la fuente de 10 V. Después montar el circuito de la figura 2.18 y comprobarlo. c) Se propone ahora aplicar una carga a VS, que será R3, con lo que cambia la corriente en circulación por el circuito y el valor de VS. Conectar R3 al circuito, conforme a la figura 2.19 y comprobar el cambio producido, el cual es constante, ya que lo es el valor R3. d) Poner ahora P2 en serie con R3, tal y como muestra citada la figura 2.19, para formar un circuito de carga variable y llevar a cabo las siguientes acciones: Fig. 2.19 Modificación del circuito anterior Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 64 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1. Poner el voltímetro en paralelo con R3. 2. Girar P2 para variar la carga y comprobar como varía la tensión VS como consecuencia de las variaciones de consumo. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Por qué varía la tensión V3 con los cambios de carga?. Dar explicación que lo justifique. 2. ¿Al mover P2, cambia el valor de la caída de tensión en R1?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 65 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.13 SISTEMAS DE SIMPLIFICACION: 1. APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF Finalidad: Efectuar un montaje para aplicar la primera ley de Kirchhoff. Descripción: La primera ley de Kirchhoff enuncia: “En todo nudo de unión de conductores, la suma de las corrientes que inciden es igual a la suma de las que se separan”. 3A B 0’5 A En el nudo siguiente inciden 3 A y se separan 0’5 A. ¿Qué corriente circulará hacia B?. 3 = 0’5 + I; I = 2’5 A Ejemplo de aplicación: Fig.2.20 Circuito de aplicación Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 66 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Montar el circuito de la figura anterior y aplicarle dos fuentes (la fija de 24 V y la variable ajustada a 12 V) del módulo MATM-38. c) Calcular las corrientes que circulan por cada resistencia y las diferencias de potencia que quedan en sus extremos. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 67 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.14 SISTEMAS DE SIMPLIFICACION: 2. APLICACIÓN DE LA SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF Finalidad: Efectuar un montaje para aplicar la segunda ley de Kirchhoff. Descripción: Las leyes de Kirchhoff y los teoremas de la superposición, de Thevenin y de Norton se emplean como herramienta de simplificación de circuitos resistivos complejos o con más de un generador. La segunda ley de Kirchhoff expresa “En todo lazo cerrado, la suma algebraica de las fuerzas electricas que intervienen es igual a la suma de los productos R . I de las resistencias que forman el lazo por las intensidades que recorren cada una”. Un ejemplo es el siguiente, figura 2.21. Fig. 2.21 Conforme a Kirchhoff: E1 + E2 = (R1 I) + (R2 I) 15 V = 147 I, luego V I= = 0’102 A R Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 68 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-18. Módulo de iluminación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Montar el circuito de la figura anterior en las siguientes condiciones: E1 = Emplear la fuente fija de 24 V del módulo MATM-38. E2 = Emplear la fuente variable (0-20 V) del mismo módulo, fijada a 15 V. c) Calcular que tensión se debe aplicar a E2 para obtener la primera ley de Kirchhoff. Aplicarla y comprobar el funcionamiento del circuito. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 69 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.15 SISTEMAS DE SIMPLIFICACION: 3. TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON Finalidad: Efectuar un montaje para aplicar los teoremas de Thevenin y de Norton. Descripción: Los teoremas de Thevenin y de Norton aportan procedimientos de simplificación de circuitos resistivos complejos para obtener finalmente una resistencia equivalente. Para Thevenin, la resistencia equivalente fruto de la simplificación está en serie con la fuente, y para Norton en paralelo, tal como lo muestran las figuras 2.22 y 2.23: Fig. 2.22 Las incógnitas son los valores de VTH, RTH, IN, RN, lo que se resuelve mediante los circuitos anteriores, considerándolos sin carga, o lo que es lo mismo: Fig. 2.23 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 70 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Las expresiones del circuito Thevenin son: VTh = RTh ITh + Vab pero, dado que por R∞ no puede circular corriente, VTh = Vab = Voc donde: VOC = voltaje en circuito abierto Y en el de Norton Vab = RN IN pero, dado que por R∞ no puede circular corriente, VTh = Vab = Voc = RN IN El proceso continua considerando ahora la disposición de un cortocircuito en la carga. Así: Fig. 2.26 para el circuito de Thevenin se tiene: ISC = donde: VTh RTh ISC = Corriente de cortocircuito. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 71 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Dado que en el circuito de Norton toda la corriente circula por el cortocircuito, se tienen las siguientes condiciones. ISC =IN = VTh RTh VTH = IN RN Se comprueba, por tanto, que la resistencia en serie de la equivalencia Thevenin es igual a la que está en el paralelo del Norton. Para determinar el valor de la resistencia equivalente se pueden aplicar los siguientes procedimientos: a) Igualar a cero todas las fuentes independientes, sustituyéndolas por cortocircuitos o circuitos abiertos, tal como se ha indicado. b) Determinar mediante métodos sencillos la resistencia equivalente. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Efectuar un montaje para experimentar el teorema de simplificación de Thevenin. c) Efectuar un montaje para experimentar el teorema de simplificación de Norton. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 72 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Cuestiones de autoevaluación: 1. Poner algunos ejemplos de aplicación práctica sobre lo expuesto de Thevenin y Norton. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 73 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.16 APLICACIÓN DEL TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN Finalidad: Experimentar y aplicar el teorema de superposición. Descripción: El teorema de superposición indica que, en un circuito con dos o más fuentes independientes, es posible calcular los valores de tensión y corriente que intervienen. Un ejemplo de circuito al que se puede aplicar el indicado teorema es el siguiente, figura 2.27. Fig. 2.27 El efecto que dos o más fuentes tienen sobre una resistencia es igual a la suma de los efectos de cada fuente independiente, sustituyendo las fuentes restantes por cortocircuitos. Este enunciado del teorema ayuda a resolver las incógnitas. Por ejemplo, hallar la tensión VX en extremos de R3. Los procedimientos para llevarlo a cabo son los siguientes: a) Analizar el circuito con una sola fuente, cortocircuitando la otra. 47 100 470 Fig. 2.28 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 74 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Dado que R2 y R3 se encuentran en paralelo, su resistencia equivalente está en serie con R1, por lo que: RPV1 = VX1 = R2 R3 y R2 + R3 RPV1 RPV1 + R1 R1 b) Aplicar el mismo procedimiento para la segunda fuente. Fig. 2.29 c) El circuito es el mismo que el anterior, con la excepción de que el paralelo ahora es el formado por R1 y R3, por lo que: RPV2 = VX2 = R1 R3 y R1 + R3 RPV2 RPV2 + R2 R2 d) La solución es la suma: VX = VX1 + VX2 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 75 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. Montar un circuito con dos fuentes procedentes del módulo MATM-38 y experimentar el teorema de la superposición. Una es fija de 24 V. y la otra es variable entre 0 y 20 V. Fijar el valor a elección. Las resistencias serán R1, R2 y R3 del módulo MR-25. Cuestiones de autoevaluación: 1. Poner algunos ejemplos de aplicación práctica del teorema de la superposición. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 76 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.3.17 CIRCUITO RESISTIVO EN TRIÁNGULO Finalidad: Resolver la resistencia equivalente de un circuito resistivo en triángulo y comprobarlo experimentalmente. Descripción: Dado el circuito de la figura 2.30, reducirlo a la resistencia equivalente dispuesta en paralelo con la fuente de alimentación y, una vez obtenida, calcular la corriente que circula por el circuito. R1 = 47 R3 = 470 12 V R2 = 100 R4 = 1K R5 = 1K Fig. 2.30 Las resistencias R1, R2 y R3 forman un triángulo. Ampliando las leyes de Kirchhoff se pueden obtener las resistencias equivalentes de un circuito en forma de estrella, tal como muestra la figura 2.31. A R1 R3 Ra Rb Rc R2 C B Fig. 2.31 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 77 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. R1 R3 Ra = R1 + R2 + R3 R1 R2 Rb = R1 + R2 + R3 R2 R3 Rc = R1 + R2 + R3 Luego, 47 . 470 Ra = = 35’8 47 + 100 + 470 47 . 100 Rb = = 7’61 47 + 100 + 470 100 . 470 Rc = = 76’17 47 + 100 + 470 Luego el circuito equivalente es: Ra = 35’8 Rb = 7’61 Rc =76’17 R4 = 1K R5 = 1K Fig. 2.32 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 78 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Y, por tanto. 35’8 7’61 76’17 1K 1K Fig. 2.33 (7’61 + 1000). (76,17 + 1000) RT = = 520’38 (7’61 + 1000). (76,17 + 1000) 35’8 520’38 Fig. 2.34 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 79 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Montar un circuito como el de la figura 2.30 pero con otros valores y llevar a cabo las siguientes acciones: - Efectuar el cálculo teórico, anotando el valor. - Experimentar el circuito, comprobando primero el valor de la resistencia equivalente, que debe coincidir con el del cálculo, y después medir la corriente que circula por el. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 80 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.4 PRÁCTICAS DE CAPACIDAD ELÉCTRICA Práctica nº 2.4.1 Análisis de la carga de un condensador. Práctica nº 2.4.2 Análisis de la descarga de un condensador. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 81 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CONSIDERACIONES PREVIAS Independientemente de las formas comerciales en las que se presenten, se pueden considerar dos tipos de condensadores: • Los polarizados, a los que hay que aplicarle necesariamente la polaridad correspondiente. Generalmente se denominan electrolíticos. • Los no polarizados, en los que no es preciso tener en cuenta la polaridad. Estos condensadores a su vez pueden ser de valor fijo o variable, para lo que se recurre a modificar la separación de sus armaduras mediante un procedimiento mecánico. La representación de los condensadores descrita es la siguiente: Fig. 2.35. Símbolo de los condensadores La unidad de capacidad es el faradio (F), de la que existen los siguientes submúltiplos: • • • Microfaradio (µF) = 10-6 Nanofaradio (nF) = 10-9 Picofaradio (pF) = 10-12 Respecto de las características principales, estas son: • Capacidad. Valor del condensador. • Tensión nominal de trabajo. Corresponde a la tensión entre sus extremos que pueden tener de modo continuo el condensador. • Tensión máxima. Valor de la tensión que el condensador puede soportar durante un tiempo especificado. • Tolerancia. Expresión en (%) de la alteración de su valor respecto de la especificada en el cuerpo de componente. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 82 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Los condensadores pueden disponerse en serie y en paralelo, cuyo valor resultante es el siguiente: ASOCIACION EN SERIE 1 C1 C2 CT = 1 o C1 + C2 1 + C1 1 + C2 C3 ASOCIACION EN PARALELO CT = C1 + C2 + ……... Fig. 2.36 Asociación de condensadores Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 83 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.4.1 ANÁLISIS DE LA CARGA DE UN CONDENSADOR Finalidad: Experimentar el proceso de carga de un condensador a través de una resistencia, lo que forma una constante de tiempo. Descripción: Se propone calcular teóricamente la evolución temporal del condensador durante el proceso de carga de este. Se considera que en el instante inicial, el condensador no tiene carga alguna, por lo que estará descargado totalmente, y por tanto Vc (t = 0) = 0V. Se puede observar que cuando el condensador haya alcanzado un tiempo igual a t = 5RC, se habrá cargado en su totalidad. La evolución temporal del condensador sigue la siguiente ecuación: Vc(t) = E (1-e-t/E) Donde E representa la tensión de alimentación proporcionada por el generador de corriente continua y e la constante de tiempo del proceso de carga del condensador. La tensión de alimentación necesaria se tomará del módulo de alimentación MATM-38. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-5. Módulo de condensadores • MC-18. Módulo de iluminación. • MR-25. Módulo de componentes resistivos MM. Multímetro digital • Cronómetro Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 84 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Dado el circuito de la figura 2.37, calcular la constante de tiempo RC, anotando el valor. Constante de tiempo = ______ s c) Aplicarle al circuito 12 V, intercalar el amperímetro de MM-2 situado en medida de corriente continua y medir con ayuda del cronómetro el tiempo de carga. Anotarlo. Fig 2.37 Circuito propuesto Después, calcular la carga total acumulada por el condensador y anotar su valor en Culombios. Q = C . Vc = ______ Culombios. d) Calcular la energía consumida en el proceso de carga y anotar su valor en Julios. W = ½ CV2 = ______ Julios e) Calcular el valor de la tensión del condensador transcurrido un tiempo t = RC y un tiempo t = 5RC. Anotar los valores. Después, verificarlo con el multímetro. a. VC (t) = ______ para t = RC b. VC (t) = ______ para t = 5RC Es conocido que VC(t) = E (1-e-t/RC) Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 85 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. f) Calcular el tiempo que tardará el condensador en alcanzar la tensión de 8 V. Anotar el valor. g) Representar gráficamente la curva de carga del condensador y la de la corriente por el circuito. h) Repetir operaciones disponiendo ahora en paralelo con C8 el condensador C9. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Cuánto tiempo tardaría en cargarse el condensador si el valor de la resistencia fuese cero?. Dar explicación que lo justifique. 2. ¿Y si el valor fuese infinito?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 86 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.4.2 ANÁLISIS DE LA DESCARGA DE UN CONDENSADOR Finalidad: Analizar el proceso de descarga de un condensador a través de una resistencia. Descripción: Se propone calcular y experimentar la evolución temporal del condensador durante su proceso de descarga. Se supone que el condensador ha sido cargado previamente a una tensión de 12 V. Se puede observar que, igual que en la carga, cuando el condensador haya alcanzado un tiempo igual a t = 5RC se habrá descargado en su totalidad a efectos prácticos. La evolución temporal del condensador durante el proceso de descarga responde a la siguiente ecuación: VC (t) = E . e-t/E Donde E representa la tensión a la que se encuentra cargado el condensador y e la constante de tiempo de la descarga. El circuito propuesto es el de la figura 2.38. Fig. 2.38 Circuito propuesto Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 87 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MC-5. Módulo de condensadores • MC-18. Módulo de iluminación. • MR-25. Módulo de componentes resistivos MM. Multímetro digital • Cronómetro Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica. b) Conexionar el circuito que muestra la figura 2.38 y calcular y experimentar la constante RC del circuito. Anotar el valor teórico y el obtenido por experimentación, dando justificación a la posible diferencia. c) Abrir el interruptor y calcular el valor de la tensión en los extremos del condensador transcurrido un tiempo igual a la constante de tiempo t =RC y a un periodo igual a t = 3RC y T = 5 RC. Anotar los valores. • Para t= RC = ______ • Para t = 3RC = ______ • Para t= 5RC = ______ d) Calcular el valor máximo de la corriente por el circuito y el valor de la corriente al cabo de un segundo. Anotar los valores. e) Calcular el tiempo que tardará el condensador en alcanzar la tensión de 2V. E T = RC Ln VC f) Representar gráficamente las magnitudes de tensión y corriente por el condensador durante el proceso de descarga. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 88 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. g) Repetir operaciones poniendo en paralelo con C8 el condensador C9. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 89 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.5 PRÁCTICAS DE CORRIENTE ALTERNA Práctica nº 2.5.1 Visualización y medida de la corriente alterna. Práctica nº 2.5.2 Medida de desfase entre tensiones. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 90 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. FUNDAMENTOS La corriente alterna (AC) se caracteriza porque el valor de su tensión y su corriente, así como el sentido de esa, cambian continuamente, representando una función senoidal. Vmax ωt Fig. 2.39 Representación de la corriente alterna donde: ω = Velocidad angular en radianes/segundos t = Tiempo Cada ciclo completo está compuesto por cuatro cuadrantes, tal como muestra la figura 2.40. Fig. 2.40 Cuadrantes de la corriente alterna El valor de la corriente alterna tiene que estar dado en un tiempo definido. Es el denominado valor instantáneo, cuya expresión representativa es: E = Vmax sen ωt Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 91 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Sin embargo, a efectos prácticos, se ha encontrado un valor que representa la equivalencia en trabajo con la corriente continua (DC), que es el denominado valor eficaz, que vale. Veficaz = Vmax √2 = Vmax x 0’707 El valor eficaz es el que miden los voltímetros de aplicación cotidiana. Por ejemplo, al medir en una base de red el instrumento marca 220 V, pero el valor máximo es: Vp = Veficaz x √2 = 314 V Sin embargo, se emplea el valor eficaz por la indicada equivalencia en cuanto al trabajo con la corriente continua. La corriente alterna se puede observar con un instrumento especializado como es el osciloscopio, en cuya pantalla se presentan las tensiones con variación en el tiempo aplicadas a su entrada de medida. En la corriente alterna se emplean básicamente tres parámetros, que son: • Nivel, expresado en pico, pico a pico, eficaz, medio, etc. • Periodo, que corresponde al tiempo transcurrido en el desarrollo de un ciclo completo. • Frecuencia, que corresponde al número de ciclos desarrollados por unidad de tiempo. Su expresión es en Hz, con múltiplos, tal como se indica a continuación. KHz = 103 MHz = 106 GHz = 109 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 92 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.5.1 VISUALIZACIÓN Y MEDIDA DE LA CORRIENTE ALTERNA Finalidad: Representar en un osciloscopio la corriente alterna y medir sus parámetros de amplitud, tiempo y frecuencia. Descripción: Se propone representar gráficamente y medir con el osciloscopio el periodo de una señal senoidal. Esta señal se tomará de la salida de alterna de 24 V del módulo MATM-38. Este valor es eficaz (amplitud eficaz), por lo que para obtener el valor de pico, que es lo que representa el osciloscopio, se aplicará la siguiente fórmula: VP Vef = 2 ; VP = Vef . 2 Sabiendo que la frecuencia es la inversa del periodo (f = 1/T) y conociendo el periodo previamente medido con el osciloscopio, se podrá calcular la frecuencia de dicha señal alterna. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • Cable con conector BNC y hembrillas de 4 mm. • Cables de interconexión. • Osciloscopio. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 93 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar el módulo MATM-38 y alimentarlo con la tensión de red monofásica. b) Conectar el osciloscopio a los terminales de 24 V AC del módulo MATM-38, sincronizar la imagen visualizada y presentarla en 4 o 5 divisiones de la pantalla. Para tal conexión se empleará un cable convertidor de BNC a hembrillas de 4 mm. Fig. 2.41 c) Medir su amplitud pico a pico y calcular que corresponde a: Epp = 33’94 x 2 = 79’80 V Como la amplitud eficaz es 24 V. Vef = VPP 2 2 d) Medir el periodo y comprobar que la frecuencia corresponde a 50 Hz (o 60 Hz en el continente americano), conforme a la siguiente exposición: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 94 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1 f= 1 = T = 50 Hz 20 Si se mide el periodo con el osciloscopio, se podrá comprobar que es de 20 ms y por tanto la frecuencia es de 50 Hz, o de 16’66 para 60 Hz. NOTA: Si en el aula donde se está aplicando, la tensión de red es de 60 Hz, efectuar los cambios correspondientes en los cálculos. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 95 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.5.2 MEDIDA DE DESFASE ENTRE TENSIONES Finalidad: Medir el desfase de tiempo producido entre tensiones por una constante de tiempo RC. Descripción: En una corriente alterna senoidal, sus ciclos están formados por cuatro cuadrantes, que son: Fig. 2.42 Cuadrantes de la onda senoidal I) 0-90º Se alcanza de modo creciente el nivel de pico. II) 90º-180º El semiciclo positivo decrece hasta retornar a cero. III) 180º-270º Se invierte la polaridad y esta alcanza el máximo nivel de lo que se denomina polaridad negativa. IV) 270º-360º El semiciclo negativo decrece hasta retornar a cero Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 96 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Donde el denominado ciclo corresponde a la evolución completa que indica la figura 2.42 y el periodo (T) es el tiempo invertido. Así: 1 T= f 2π T= = 2πf T El circuito propuesto es el siguiente, figura 2.43: S2 10K S2 10K 220n Fig. 2.43 Esquema completo por razones didácticas. En esta práctica la tensión procede de los 24 V AC del módulo MATM-38 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 97 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • MR-25. Módulo de componentes resistivos • MC-5. Módulo de condensadores. • 2 Adaptadores de conector BNC a hembrillas de 4 mm. • Osciloscopio Procedimientos: a) Instalar los módulos conforme a los procedimientos anteriores y montar el circuito propuesto en la figura 2.43. La tensión para esta práctica se tomará de la salida de 24 V AC del módulo MATM-38. b) Medir el desfase entre ambas tensiones, indicándolo en tiempo. Para la conexión de los dos canales del osciloscopio, se emplearán los dos cables adaptadores de conector BNC a hembrillas de 4 mm. c) Repetir la operación con otros valores de condensadores (no emplear los electrolitos) y otras resistencias. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 98 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.6 PRÁCTICAS DE MAGNETISMO, ELECTROMAGNETISMO E INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Práctica nº 2.6.1 Electroimán: Experimento de Oersted Práctica nº 2.6.2 El campo magnético: Electroimanes. Práctica nº 2.6.3 Inducción electromagnética: 1ª Ley de Faraday Práctica nº 2.6.4 Inducción electromagnética: 2ª Ley de Lenz Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 99 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CONSIDERACIONES PREVIAS Las fuerzas magnéticas se producen como consecuencia del movimiento de partículas cargadas, por ejemplo los electrones. Tal condición establece una relación muy estrecha entre electricidad y magnetismo. MAGNETISMO Fuerza de atracción o repulsión que se produce sobre los materiales de condición magnética, como el hierro. POLOS Extremos del imán y por tanto del espacio magnético o fuerza magnética, que se representan como líneas de flujo magnético. Son denominados Polo Sur y Polo Norte y presentan la siguiente condición: • Polos iguales se repelen • Polos contrarios de atraen N S Fig. 2.44 Imán de barra VALOR DE LA FUERZA La fuerza que se produce entre dos masas varía con el producto de las masas e inversamente con el cuadro de la distancia de separación entre ellas. Así: m1 . m2 F= m . d2 donde, m= Masas d= Distancia de separación Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 100 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. INTENSIDAD DE CAMPO La intensidad del campo es la fuerza que actúa sobre la unidad de masa magnética en un punto dado. Su unidad es el Gauss y su símbolo representativo H. TEMPERATURA DE CURIE Es referido a la temperatura a la que es preciso someter al imán para que pierda sus propiedades magnéticas. Su valor es diferente para cada composición. A modo de ejemplo, uno de cobalto pierde sus propiedades con temperaturas próximas a 800ºC. TIPOS DE IMANES Existe una amplia variedad de imanes para adaptarse a otras tantas situaciones prácticas. De ellos se puede considerar como principales los siguientes: • Imanes cerámicos o de ferrita. De aspecto liso y color gris, estos imanes pueden tener cualquier forma física para su empleo en altavoces y similares. Están compuestos por partículas de óxido de hierro, mazcla de bario y estroncio y otros materiales similares. • Imanes de almico. Su forma física es la de la clásica herradura. Se fabrican con mezcla de aluminio, niquel, cobalto, hierro y cobre. • Imanes de tierras raras. Minúsculos imanes para juguetería y similares que presentan una fuerza magnética muy superior a la de los clásicos, como el anterior. Se forman con mezcla de boro-neodino, hierro y otras sustancias. • Imanes flexibles. Presentan la particularidad de permitir la flexión para adaptarse a las situaciones que la requieren, especialmente en los electrodomésticos. Se forman con partículas magnéticas de hierro y estroncio sobre caucho o similar. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 101 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. EJERCICIO PREPARATORIO a) Acercar un objeto metálico, por ejemplo la punta de un destornillador pequeño, a un extremo del imán giratorio del Kit K7 y comprobar el efecto de atracción. b) Girar el imán 180º y repetir el experimento, comprobando que también se produce atracción. Si el objeto metálico empleado estuviese imantado, en un polo se produciría atracción (polos diferentes) y en el otro repulsión (polos iguales). Si se dispone de otro imán, comprobar este efecto, imantando el destornillador o aplicándolo directamente. c) Si se dispone de una brújula, aproximarla al imán giratorio del Kit, girar este y comprobar como el instrumento señala el polo magnético de cada posición. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 102 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.6.1 ELECTROIMÁN: EXPERIMENTO DE OERSTED Finalidad: Llevar a cabo un experimento que ponga de manifiesto la relación de la electricidad con el magnetismo. Descripción: El físico-químico danés Hans Christian Oersted demostró en 1820 la relación de la electricidad con el magnetismo con un sencillo experimento que divertía a sus alumnos. Utilizando una pila de Volta de 1’5 Voltios, conectó sus terminales a un alambre circular y lo acercó una brújula; la aguja indicaba en todo momento el signo de la corriente, lo que supone que indica el Norte o el Sur dependiendo de la polaridad aplicada al cable. Fig. 2.45 Experimento de Oersted En el experimento objeto de esta práctica, el alambre es el de la bobina de 1000 espiras del transformador desmontable K8, cuyo detalle muestra la figura 2.46. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 103 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.46 Configuración para el experimento El Kit K8, con una bobina, se empleará en esta práctica como electroimán para generar un campo magnético, el cual detectará la brújula empleada. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MC-18. Módulo de iluminación. • Kit K8. • Brújula • Destornillador. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica y conexionarlos conforme a la figura 2.46. La alimentación será de 12 V y se tomará del módulo MATM38. La polaridad es indiferente en este primer procedimiento. b) Situar la brújula en la posición indicada en la figura 2.46, activar el interruptor para que se alimente la bobina de K8 y observar la desviación de la aguja de la brújula, significando con ello la relación entre la electricidad y el campo Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 104 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. magnético generado en la bobina el estar recorrida por una corriente eléctrica. Tal corriente eléctrica se puede medir en el amperímetro de MM-2, el cual estará situado en el rango de 5 A. c) Invertir la polaridad de la alimentación de la bobina y observar que la brújula también invierte la dirección indicada. Con tal experimento se ha demostrado el principio de Oersted y la relación de la electricidad con el magnetismo. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 105 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.6.2 EL CAMPO MAGNÉTICO: ELECTROIMANES Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un electroimán con los componentes del Kit K8. Esta práctica es complementaria de la anterior. Descripción: Un electroimán se forma con un núcleo de hierro dispuesto en el interior de una bobina recorrida por una corriente eléctrica. Su fuerza de atracción, es, en aproximación: F = C . B2 .S Donde: F = Fuerza de atracción en Kp C = Constante que, para núcleos de hierro, es de 4x104. B = Inducción del núcleo, en Tesla. S = Superficie del núcleo sobre la que está dispuesta la bobina. La inducción magnética –B- es la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie. La relación de la electricidad con el magnetismo aplicado a los electroimanes se puede expresar también como intensidad del campo magnético -H-, y cuya unidad es el Amperio/vuelta. Su expresión es: N.I H= L Donde: H = Intensidad del campo magnético en amperios/vuelta/metro (Av/m). N = Número de espiras de la bobina del electroimán. I = Intensidad de corriente que recorre la bobina. L = Longitud de la bobina, en metros. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 106 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. El campo magnético generado por una bobina es, por tanto, proporcional a la corriente y al número de espiras. La indicada longitud corresponde al espacio por donde circulan las líneas de fuerza. Así, considérese el siguiente electroimán. Fig. 2.47 Ejemplo del núcleo de un electroimán En un núcleo cuadrado de 8 cms. de lado, en cuanto a medidas interiores, luego: L = 32 cms (8+8+8+8+8) o 0’32 metros Fig. 2.48 Configuración de K8 para este experimento Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 107 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación MM. Multímetro digital • MC-18. Módulo de iluminación. • Kit K8. • Destornillador. • Regla para medida de longitud. Los experimentos propuestos en esta práctica son dos: • Calcular el campo magnético generado (H) para diferentes bobinas y corrientes. • Observar el efecto magnetizante. Para tales experimentos se empleará el Kit de transformador K8 de la práctica anterior. Procedimientos: a) Instalar los módulos que intervienen en la práctica y conexionarlos conforme a la figura 2.49. Instalar la bobina de 1000 espiras en el núcleo del Kit K8. Fig. 2.49 Circuito propuesto para esta práctica Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 108 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. b) Ajustar la tensión de salida en el módulo MATM-38 a 12 V, medir la corriente que circula y las medidas interiores del núcleo y calcular la intensidad del campo magnético (H) generado. Anotar el resultado. H= Av/m I= A c) Repetir operaciones para una tensión de entrada de 18 V. H= Av/m I= A d) Instalar ahora en el transformador K8 la bobina de 2000 espiras y repetir las dos operaciones anteriores, anotando los resultados. Con 12 V H= Av/m I= A Con 18 V H= Av/m I= A e) Proceder ahora a observar el efecto magnético obtenido. La aplicación de una tensión a la bobina y, como consecuencia, la corriente que le recorre, ha convertido el conjunto bobina-núcleo de hierro en un electroimán cuyo efecto se pueden hacer notar de dos formas: • Acercando un destornillador u objeto metálico similar y observarlo. Al cesar la corriente que atraviesa la bobina desaparece, ya que el núcleo no tiene remanencia. Observar esta condición. • Separando el cierre de núcleo en “I” sin tensión aplicada y, con ello acercarlo para ver la atracción que se produce. Como consecuencia del campo magnético, tal cierre no se puede separar si la bobina está sometida a tensión. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 109 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.6.3 INDUCCION ELECTROMAGNETICA. 1. LEY DE FARADAY Finalidad: Demostrar experimentalmente el efecto de la inducción electromagnética descubierto por Faraday. Conceptos: El fenómeno de la inducción electromagnética se pone de manifiesto ante una variación de flujo magnético en las proximidades de una espira. En efecto, si se produce variación de flujo magnético alrededor de una espira o bobina, en esta se genera una corriente eléctrica, cuyo valor depende del número de espiras, de la intensidad del campo magnético incidente y de la velocidad de la variación del flujo. La figura 2.50 pone de manifiesto este fenómeno. Fig. 2.50 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 110 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. La tensión generada se denomina fuerza electromotriz (f.e.m) incluida. El fenómeno descrito corresponde a la denominada ley Faraday que expone: “Si el flujo que corta un circuito varia en el tiempo, en ese circuito se genera una f.e.m incluida”. dФ Eg = dt Como se puede observar, la tensión generada es dependiente de la velocidad de cambio del flujo magnético. Descripción: La finalidad de la experiencia es demostrar tres condiciones, que son: 1. Que al mover el imán y por tanto provocar cambio de flujo magnético en la proximidad de la bobina, en esta se genera una f.e.m inducida. 2. Que el nivel de tensión generado depende de la velocidad de cambio de flujo, lo que se provocará moviendo más rápidamente el imán respecto del punto anterior. 3. Que el citado nivel de tensión generado también depende del número de espiras, lo que se experimenta disponiendo en serie los dos devanados de la bobina FEM del entrenador. Equipamiento necesario: • K7. Kit de electromagnetismo y motor/generador. MM. Multímetro digital • Cables de interconexión Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 111 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. La bobina FEM y su imán asociado, corresponde a los siguientes componentes del módulo: ● P1 ● S1 Fig. 2.51 Bobina e imán de Kit de electromagnetismo Procedimientos: a) Conectar la bobina P1 de FEM al multímetro MM dispuesto para medir AC. b) Girar suavemente con la mano el imán giratorio asociado y comprobar que se genera tensión. c) Aumentar la velocidad de giro del imán y comprobar que aumenta la tensión generada, conforme al principio expuesto. d) Disponer ahora en serie las bobinas P1 y S1 conforme indica la figura 2.52 y repetir operaciones para comprobar que la tensión generada es mayor porque lo es el número de espiras. Fig. 2.52 Nota: Para disponerlas en serie y en fase, tener en cuenta los puntos de cada devanado marcados en la serigrafía del módulo, los cuales significan el comienzo. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 112 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Por qué es preciso tener en cuenta el principio de cada devanado para ponerlos en serie?. 2. ¿Por qué se produce más tensión en la bobina al aumentar la velocidad de giro del imán?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 113 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.6.4 INDUCCION ELECTROMAGNETICA. 2. LEY DE LENZ Finalidad: Demostrar experimentalmente el efecto de la inducción electromagnética descubierta por Lenz. Conceptos: La ley de Lenz es referida a la inducción que se produce entre bobinas acopladas ante cambio del flujo magnético incidente. Un ejemplo es el siguiente, figura 2.53: Fig. 2.53 Si se cierra el interruptor y con ello comienza a circular corriente por la bobina primaria (P1), esa situación creará un flujo magnético y, como consecuencia, se generará f.e.m. en la bobina secundaria (S1), la cual actúa siguiendo la ley de Faraday. Sin embargo, el cambio de flujo magnético debe ser constante para que la tensión permanezca, aunque con el sentido cíclico de tal flujo, lo que supone que, después del primer instante, la corriente se interrumpe y solo se producirá de nuevo durante otro instante al abrir el circuito. Pero si el devanado primario está recorrido por una corriente alterna, en el secundario se obtiene tensión, de la misma frecuencia que la de entrada. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 114 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.54 Ante tales condiciones, la ley de Lenz establece “La corriente de inducción tiene una dirección tal que su campo magnético contrarresta o suma la variación de flujo magnético del campo que dio origen a esa corriente”. El valor de la tensión inducida en el secundario tiene las mismas condiciones que en la ley de Faraday (en realidad, el secundario sigue esa ley). Descripción: La finalidad de la experiencia es demostrar tres condiciones, que son: 1. Que al aplicar tensión continua al devanado primario, se produce f.e.m en el secundario solo durante un instante; al abrir y cerrar el circuito. 2. Que se produce tensión inducida al mover el imán giratorio asociado, con un nivel que depende de la velocidad de cambio de flujo (velocidad de movimiento de imán). 3. Que se produce tensión inducida al aplicar al devanado primario una corriente alterna. Equipamiento necesario: • K7. Kit electromagnetismo y motor/generador. • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-18. Módulo de iluminación. MM. Multímetro digital • Cables de interconexión Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 115 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Efectuar el montaje de la figura 2.55 y alimentarlo con tensión continua de 12 V. procedente del módulo de alimentación MATM-38. El pulsador procederá de uno de estos componentes del módulo de iluminación MC-18. Fig. 2.55 b) Presionar durante un instante el pulsador elegido del módulo MC-18 y comprobar la aparición de tensión introducida en S1 durante un brevísimo periodo de tiempo, tras el cual cesa. Liberar ahora el pulsador y comprobar la aparición de nuevo de tensión, aunque en esta situación de sentido opuesto, la cual es denominada fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.). c) Desconectar de P1 la tensión continua de 12 V y aplicarle a esa bobina en su lugar los 24 V de alterna procedentes de las hembrillas de AC 24 V. del módulo MATM-38, y comprobar que la tensión inducida ahora es constante. d) Desconectar la tensión alterna del devanado P1, mover con rapidez al imán giratorio y comprobar igualmente la presencia de tensión inducida como consecuencia del cambio de flujo que influencia a la bobina. Cuestiones de autoevaluación: 1. Ante corriente continua en P1. ¿Por qué se produce tensión inducida solo al abrir o cerrar el circuito?. 2. ¿Cambiaría el nivel de tensión inducida si al devanado S1 se le aumentan sus espiras?. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 116 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 3. Ante corriente alterna en P1. ¿La tensión inducida depende de la frecuencia?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 117 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.7 PRÁCTICAS CON TRANSFORMADORES Práctica nº 2.7.1 Experimentos con el transformador desmontable K8. Práctica nº 2.7.2 Identificación del transformador didáctico TRB-03. Práctica nº 2.7.3 Conexión como transformador monofásico. Práctica nº 2.7.4 Transformador con bobinas en serie en fase. Práctica nº 2.7.5 Conexión trifásica estrella/estrella. Práctica nº 2.7.6 Conexión trifásica estrella/estrella invertida Práctica nº 2.7.7 Conexión trifásica triángulo/triángulo directa Práctica nº 2.7.8 Conexión trifásica estrella/triángulo Práctica nº 2.7.9 Conexión trifásica estrella/zigzag Práctica nº 2.7.10 Conexión trifásica/exafásica Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 118 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CONSIDERACIONES PREVIAS 2.7.1 Configuración del transformador Perteneciente al grupo de máquinas eléctricas estáticas, el transformador ocupa un lugar fundamental por la importancia de las aplicaciones que se obtienen de el. La transformación en amplitud de la tensión alterna ha posibilitado aplicaciones de la electricidad desde la distribución urbana e industrial de energía eléctrica a los electrodomésticos y demás equipos que acompañan la vida del ser humano. En aproximación, las aplicaciones del transformador son las siguientes: • Conversión de una tensión de amplitud V1 en otra V2, que puede ser mayor o menor que la primera. • Generación de diversas tensiones, con o sin punto común, desde una principal de entrada. • Aislamiento galvánico de una o más tensiones secundarias respecto de la primaria o de alimentación. Componentes que lo forman El transformador eléctrico está formado por dos secciones, que son: • El núcleo magnético por el que circulan las líneas de fuerza generadas en el proceso. • Las bobinas de hilo de cobre que forma el circuito de reactancia. El núcleo que rodea a las bobinas puede ser del tipo de chapas magnéticas de reducido espesor compuestas de aleaciones de hierro-silicio o hierro-niquel, las cuales se apilan para conseguir un espesor igual al del carrete que contiene las bobinas o bien tener forma anular o toroidal, como es denominado comúnmente disponiéndose las bobinas alrededor del citado núcleo. La figura 2.56 muestra distintos tipos de núcleos. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 119 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.56. Transformadores con núcleo de chapa (izquierda) y toroidal (derecha) La denominada chapa magnética sigue siendo la más utilizada para formar el núcleo. Son chapas ferromagnéticas eléctricamente aisladas, de acero, con aleación de silicio o similar en un porcentaje del 3% al 5% para reducir así las pérdidas por histéresis y aumentar la resistividad del acero. Una variante de esta chapa es la de grano orientado, la cual se lamina en frío y se caracteriza por el empleo de acero más puro y con menos contenido de carbono que la chapa normal o laminada en caliente. Principio de funcionamiento El principio de funcionamiento es el que muestra la figura 2.57: Fig. 2.57 Transformador monofásico (Teoría General de Máquinas Eléctricas, UNED) Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 120 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Con tal disposición se tiene una bobina de reactancia en la que en las N espiras del secundario se origina por autoinducción una fuerza contraelectromotriz dependiente de: d e=-N dt Y que vale, 1 e= N 2 m = 4’44 N fs Bm2 donde: N = número de espiras f = frecuencia de la tensión alterna aplicada s = sección del núcleo Bm = inducción máxima Por razones obvias, esta máquina estática solo puede funcionar con tensión alterna dado que precisa variación de flujo para generar fcem. Si el transformador dispone de devanado primario (al que se le aplica la tensión de entrada) y de uno o más secundarios de utilización, la relación de transformación (de la tensión) que se obtiene está determinada por el número de espiras de tales bobinas. Así: m= V1 V2 = N1 N2 Donde N1 se puede considerar el devanado primario y N2 un secundario. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 121 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.7.2 Tipos de transformadores Los transformadores se pueden distinguir en razón a la naturaleza de la tensión de entrada y a la de la utilización. La tensión de entrada es referida a las fases de la alimentación, de tal forma que puede ser monofásica o trifásica. Respecto de su utilización, las variantes son: • Configuración como transformador o autotransformador. • Reductor o elevador de tensión. • Transformador de potencia o de medida. En los siguientes apartados se definen. Transformador o autotransformador Independientemente de que la tensión de entrada sea monofásica o trifásica, esta máquina estática puede tener forma de transformador o de autotransformador. El transformador corresponde al que incorpora bobinas independientes para el primario y los secundarios, consiguiendo con ello la doble finalidad de transformación por la relación de espiras de los devanados y aislamiento galvánico entre entrada y salida. En el autotransformador solo existe un devanado y las diferentes tensiones de salida se obtienen por mera relación de espiras. La figura 2.58 muestra un ejemplo de la simbología de autotransformador reductor (derecha) y del transformador (izquierda) respecto de la tensión de entrada. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 122 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.58 Transformador (izquierda) y autotransformador (derecha) En el autotransformador (derecha) la tensión de aplicación se obtiene mediante una toma o conexión intermedia, de tal modo que el devanado que forma corresponde a la relación de espiras adecuada para la tensión requerida. Así, a modo de ejemplo, si la relación de espiras/voltio de un determinado transformador es de 5, para obtener 6 voltios, la toma se hará en la espira 30, de tal modo que este secundario obtenido así tiene un punto en común con la tensión de red de entrada, motivo por el que la tensión de utilización no tiene aislamiento de la principal. Reductor elevador de tensión El transformador o autotransformador, con tensión de entrada de condición monofásica o trifásica puede ser configurado como elevador (de tensión) o reductor por el número de espiras de sus devanados, tal como se ha indicado. El límite en el elevador está determinado por las pérdidas en el núcleo y por la resistencia interna del hilo de cobre de los devanados. No obstante, para aplicaciones cotidianas se considera aceptable el número de elevación hasta por el factor 11. Transformadores de potencia y de medida Los transformadores denominados de potencia corresponden a los descritos. Son empleados para elevar o reducir la tensión respecto de la entrada, independientemente de que faciliten aislamiento galvánico (transformador) o no (autotransformador). A diferencia de esos, los de medida tienen su utilización en acciones de control de la tensión o la corriente. Una versión ampliamente utilizada en ambientes industriales es el denominado transformador de intensidad empleado en la medida de grandes corrientes. Consiste en un devanado sobre núcleo anular en cuyo interior de este último se sitúa el hilo conductor del que se desea medir la corriente. Dado que la fem que se genera en el devanado es dependiente del flujo magnético del citado conductor y este flujo a su vez depende de la corriente en circulación hasta que no se produzca la saturación magnética del núcleo. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 123 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Es de tener en cuenta que, ante grandes corrientes, no se puede intercalar un “shunt” resistivo para medir la corriente por las pérdidas que supondría, por lo que se recurre a este procedimiento. La figura 2.59 muestra un transformador de intensidad del tipo indicado. Fig. 2.59 Transformador de medida (Circutor) Potencia nominal La potencia nominal de un transformador es referida a la potencia aparente que admite, la cual es el producto de la tensión nominal por la corriente correspondiente. Se expresa en VA. Así: P= S . IS Configuración de transformadores trifásicos En montajes trifásicos, los devanados pueden situarse en diferentes configuraciones para adaptarse a otras tantas aplicaciones. Los de más utilización son los denominados estrella y triángulo, cuyos esquemas de montaje se dan en la figura 2.60. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 124 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. MONTAJE EN ESTRELLA ( ) Fig. 2.60 Montaje en estrella Este montaje es referido al primario, al secundario o a ambos. Así, si ambos devanados adoptan esta configuración, se significa con ( / ). Si se trata de los secundarios, este montaje admite una conexión de neutro, tal como muestra la figura 2.61: MONTAJE EN TRIANGULO ( ) Fig. 2.61 Montajes en triángulo Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 125 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Como el anterior, este montaje puede ser aplicado al principio, el secundario o a ). ambos. Así, un montaje en estrella/triángulo se significa como ( Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 126 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.1 EXPERIMENTOS CON EL TRANSFORMADOR DESMONTABLE K8 Finalidad: Experimentar el funcionamiento del conjunto K8 como transformador y, por tanto, alimentado con corriente alterna. En prácticas anteriores, este conjunto se ha empleado para llevar a cabo experimentos como electroimán alimentado con corriente continua. Descripción: El Kit K8 está compuesto por los siguientes componentes: • Bobina de 1000 espiras. • Bobina de 2000 espiras. • Núcleo de forma de “U”. • Cierre de núcleo en forma de “I”. La figura 2.62 muestra el conjunto. Fig. 2.62 Kit K8 Tal composición permite formar un transformador con primario y secundario. La corriente alterna a aplicarle se tomará de la salida AC de 30 V (15 + 15 V) del módulo de alimentación MATM-38. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 127 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. El plan de experimentación con el Kit K8 persigue los siguientes objetivos: • Comprobar el funcionamiento como transformador reductor de tensión. • Comprobar el funcionamiento como transformador elevador de tensión. • Comprobar la influencia de las líneas de fuerza y, por tanto, de la tensión generada en el secundario, con la disposición del núcleo magnético del tranformador. Equipamiento necesario: • K8. Kit de transformador desmontable. • MATM-38. Módulo de alimentación. MM. Multímetro digital Procedimientos: a) Instalar los dos módulos que intervienen en la práctica, alimentando el MATM-38 con la tensión de la red. b) Montar las dos bobinas del transformador y situar el cierre de núcleo en “I” sobre el núcleo principal. c) Procede a experimentar el transformador como reductor de tensión llevando a cabo las siguientes acciones. • Aplicar la tensión de 30 V (15+15) AC del módulo MATM-38 a las hembrillas de la bobina de 2000 espiras del transformador K8. • Conectar el multímetro en AC a las hembrillas de la bobina de 1000 espiras y comprobar que la tensión medida es aproximadamente la mitad por la relación de espiras del primario y del secundario. Nota: las diferencias en el voltaje esperado se deben a las tolerancias del número de espiras. d) Proceder a experimentar ahora el transformador como elevador, aplicando la tensión de 30 V a la bobina de 1000 espiras, que es ahora el primario, y medir en la de 2000, que es el secundario. La tensión teórica es ahora el doble por la relación de transformación. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 128 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. e) Manteniendo el montaje del punto anterior, proceder ahora a experimentar la relación del núcleo con la tensión generada en el secundario. Para ello llevar a cabo las siguientes acciones: • Desconectar de la red el módulo MATM-38, desunir el cierre de núcleo en “I” y conectar de nuevo a la red. • Medir la tensión del secundario y comprobar que el valor es ahora considerablemente más bajo porque el núcleo está abierto y las líneas de fuerza no pueden circular, ya que el aire es un mal conductor de esa energía. • Introducir un extremo del cierre de núcleo en “I” en un lateral e ir bajándolo progresivamente y comprobar que en las proximidades con el núcleo principal, la tensión generada en el secundario comienza a subir, para alcanzar su valor máximo cuando están totalmente acoplados magnéticamente. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Se podría construir un transformador con salida de tensión variable separando mecánicamente ambas piezas del núcleo?. 2. ¿Se pueden poner en los transformadores más de un secundario?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 129 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.2 IDENTIFICACIÓN DEL TRANSFORMADOR DIDÁCTICO TRB-03 Finalidad: Identificar el transformador didáctico TRB-03 y asociar sus componentes con su función. Descripción: El transformador TRB-03 es trifásico, aunque puede funcionar con tensión monofásica empleando los devanados centrales de los tres que dispone. Su panel frontal reproduce la simbología de sus bobinas y contiene las hembrillas para las interconexiones. El punto situado junto a algunas hembrillas indica el inicio del devanado, lo que es necesario saber para poder disponer las bobinas en serie y en fase. La figura 2.63 muestra tal componente didáctico. Fig. 2.63 Transformador didáctico TRB-03 Con respecto a sus especificaciones, estas son las siguientes: Tipo: Trifásico, con núcleo de grano orientado. Tensión de los primarios: 220 V. (Terminales 1 y 2) y 380 V. (Terminales 1 y 3) Tensión de cada secundario: 73 V. Potencia: 500 W. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 130 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. La figura 2.64 muestra su frontal. Fig. 2.64 Panel frontal del transformador Equipamiento necesario: • TRB-03. Transformador didáctico Procedimientos: a) Identificar el panel frontal del transformador y, en el, lo siguiente: • Las hembrillas de los primarios en la parte superior. • Las hembrillas de los tres secundarios de cada rama. b) Identificar en la parte posterior del transformador la hembrilla para la toma de tierra, la cual debe conectarse a la tierra de la alimentación durante cada práctica. La figura 2.65 muestra tal hembrilla. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 131 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.65 Hembrilla de tierra del transformador. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 132 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.3 CONEXIÓN COMO TRANSFORMADOR MONOFASICO Finalidad: Efectuar el conexionado de un transformador compuesto por primario y secundarios para experimentar su funcionamiento. Descripción: Dado que el TRB-03 tiene el núcleo para tres bobinas y por tanto para aplicaciones en redes trifásicas, se emplearán en esta práctica los devanados del centro, (T2) para obtener la equivalencia con el transformador monofásico. El circuito es el siguiente: Fig. 2.66 Los primarios del TRB-3 tienen conexión para 220 V (1 y 2) y para 380 V (1 y 3) y tres secundarios cada uno de 73 V (S1 a S3). En esta aplicación se alimentará el primario del transformador indicado con 220 V mediante conexión a las bornas 1 y 2. Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03. • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 133 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Aplicar la tensión de la red de 220 V a los terminales 1 y 2 del transformador T2, teniendo muy en cuenta las condiciones de seguridad indicadas en el apartado 1.4. Fig. 2.67 Conexionado de la práctica b) Situar el multímetro en alterna y medir la tensión sucesivamente en los devanados secundarios S1, S2 y S3 de T2 y comprobar que su valor, en vacío, es de aproximadamente 80 V, aunque con su carga nominal es de 73 V. c) Medir ahora la tensión en los devanados secundarios de los transformadores de los extremos (T1 y T3) y comprobar que su tensión es aproximadamente la mitad como consecuencia del menor flujo magnético que circula por sus núcleos. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 134 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. En efecto, si E = K . Ø Fig. 2.68 donde Ø = B . S La menor sección del núcleo proporciona menos flujo magnético y con ello menos f.e.m inducida. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 135 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.4 TRANSFORMADOR CON BOBINAS EN SERIE EN FASE Finalidad: Efectuar el conexionado de un transformador con sus devanados secundarios en serie y en condición de fase para que se sumen sus tensiones inducidas. Descripción: Los devanados pueden conectarse en serie para sumar sus tensiones si están en fase o para restarse si no lo están. La siguiente figura muestra el circuito propuesto. Fig. 2.69 Los puntos sobre los secundarios indican el inicio del devanado. Se puede observar, por tanto, que están conectados en fase. En tales condiciones, la tensión de salida es la suma de los tres devanados y la intensidad la del menor. Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03 • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 136 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme a la siguiente figura y después aplicar la tensión de red de 220 V a los puntos 1 y 2 del transformador T2, observando las condiciones de seguridad ya indicadas. Fig. 2.70 Conexionado de la práctica b) Aplicar un cable del multimetro en AC al punto 1 de S1 y otro al 2 y observar que la medida es de aproximadamente 80 V, como en la práctica anterior. c) Cambiar el cable al punto 2 de S2 y observar que la medida es ahora de 160 V aproximadamente y después al punto 2 de S3 para obtener la suma de los tres devanados. Esto es: V = VS1 + VS2 + VS3 NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 137 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.5 CONEXIÓN TRIFASICA ESTRELLA/ESTRELLA Finalidad: Conexionar el transformador en el modo estrella/estrella directo (0º) para alimentación trifásica de 380 V. o 3 x 220 entre fases y comprobar el funcionamiento midiendo las tensiones de salida. Descripción: La conexión estrella/estrella con desfase nulo (0º) se representa por λ/λ y supone la disposición en serie de dos bobinas del primario por cada fase, tal como muestra la siguiente figura: Fig. 2.71 Respecto de la condición de fase entre primario y secundario, se puede observar que están en fase (0º). En este montaje, la conexión de los secundarios admite un neutro. Esta conexión se suele emplear para tensiones elevadas por su capacidad de aislamiento, pero presenta dos desventajas, que son: • Si las cargas están desbalanceadas, también lo están las tensiones de salida. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 138 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. • No presenta oposición a los armónicos impares, lo que supone que la tensión del tercer armónico puede ser superior a la fundamental. Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03 • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme muestra la siguiente figura y después aplicarle la línea trifásica de 3 x 380 V. o 3 x 220 V. a los puntos R, S y T. Fig. 2.72 Conexionado de la práctica b) Proceder a medir la tensión de salida entre fases y comprobar que se cumple lo siguiente: V1R’S’ = 80 3 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 139 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 140 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.6 CONEXIÓN TRIFASICA ESTRELLA/ESTRELLA INVERTIDA Finalidad: Práctica complementaria de la anterior, de la que se diferencia en el desfase de 180º entre las tensiones de red y utilización. Descripción: La conexión en estrella/estrella con desfase de 180º se representa por λ/Υ y su circuito es el siguiente: Fig. 2.73 Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03 • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 141 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme muestra la siguiente figura y después aplicarle la línea trifásica de 3 x 380 V. o 3 x 220 V. a los puntos R, S y T. Fig. 2.74 Conexionado de la práctica b) Proceder a medir la tensión de salida entre fases y comprobar que se cumple lo siguiente: V1R’S’ = 80 3 NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 142 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.7 CONEXIÓN TRIFASICA TRIANGULO/TRIANGULO DIRECTA Finalidad: Conexionar el transformador en el modo delta/delta directo (0º) para alimentación trifásica de 380 V o 3 x 220 V entre fases y comprobar su funcionamiento midiendo las tensiones de salida. Descripción: La citada conexión, cuya representación es ∆/∆, se emplea principalmente para alimentación simultánea de alumbrado monofásico y cargas trifásicas, ya que no presenta problemas ante cargas desbalanceadas o armónicos. Su circuito lo muestra la siguiente figura. Fig. 2.75 Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03 • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 143 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme muestra la siguiente figura y después aplicarle la línea trifásica de 3 x 380 V o 3 x 220 V a los puntos R, S y T. Fig. 2.76 Conexionado de la práctica b) Medir la tensión entre fases y comprobar que su valor es de aproximadamente 80 V (en vacío). NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 144 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.8 CONEXIÓN TRIFASICA ESTRELLA/TRIANGULO Finalidad: Conexionar el transformador en el modo estrella/triángulo para alimentación trifásica de 3 x 380 V o 3 x 220 V entre fases y comprobar su funcionamiento midiendo las tensiones de salida. Descripción: En esta conexión trifásica significada con Υ/∆, el primario está conectado mediante pares de bobinas en serie y el secundario de modo independiente. La siguiente figura muestra el circuito. Fig. 2.77 La relación entre la tensión de línea y la de los secundarios es la siguiente: VLP/VLS = ( 3 VFP)/ VFS Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 145 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. donde: VLP = Tensión de línea VLS = Tensión de salida entre fases de los secundarios VFP = Tensión en cada bobina del primario VFS = Tensión en cada bobina del secundario Esta conexión tiene algunas características particulares, que son las siguientes: • No presenta problemas con los componentes del tercer armónico porque se anulan en la corriente en circulación en el lado delta. • Es estable frente a cargas desbalanceadas, ya que la conexión delta redistribuye las posibles alteraciones por diferencias de carga. • La tensión de los secundarios está desfasada 30º respecto de los primarios. Ante tal condición, la representación correcta de esta conexión es λ/∆, que es la indicada en la figura anterior. Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03 • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme muestra la figura 2.78 y después aplicarle la línea trifásica de 3 x 380 V o 3 x 220 V a los puntos R, S y T. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 146 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.78 Conexionado de la práctica b) Medir la tensión entre fases y comprobar que su valor es de aproximadamente 80 V (en vacío). NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 147 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.9 CONEXIÓN TRIFASICA ESTRELLA/ZIG-ZAG Finalidad: Conexionar el transformador en el modo estrella/zig-zag para alimentación trifásica de 3 x 380 V o 3 x 220 V entre fases y comprobar su funcionamiento midiendo las tensiones de salida. Descripción: La conexión estrella/estrella presenta la ventaja de disponer de neutro tanto en el primario como en el secundario, pero tiene el incoveniente de la aparición de desequilibrio ante exceso de carga en una fase o situaciones similares. Sin embargo, disponiendo los secundarios en el modo zig/zag se suprime tal inconveniente y así se puede aprovechar su ventaja principal de la disponibilidad de neutro. La figura siguiente muestra el circuito. Fig. 2.79 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 148 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. El montaje se simboliza por λ/Z. Se puede comprobar en la figura anterior que se subdividen en dos partes iguales los devanados secundarios y se conectan en serie a cada rama de la estrella las bobinas invertidas de las fases adyacentes. Tal conexión da lugar a la siguiente relación: N1 . N2 . 2 2 = 3 N1 . 3 N2 La corriente que pasa por cada línea de los secundarios procede siempre de dos fases del transformador y afecta por igual a dos fases del primario en los que circularán intensidades de corriente que se neutralizaran mutuamente con los del secundario. Tal condición impide que cualquier desequilibrio de las cargas altere la tensión de salida más que lo correspondiente a la caída interna característica. En esta conexión, el desfase entre primario y secundario es de 30º. Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03. • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme muestra la figura 2.80 y después aplicarle la línea trifásica de 3 x 380 V o 3 x 220 V a los puntos R, S y T. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 149 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.80 Conexionado de la práctica b) Proceder a medir la tensión entre fases de los secundarios y comprobar que su valor, en vacío, es de aproximadamente 240 V. Es tener en cuenta que, si bien por fase intervienen cuatro devanados en serie, la suma de sus tensiones no es lineal. Así, V = ( Va + Vb 3 ) + (VC + Vd ) 3 donde: Va......d = Tensión de cada bobinado secundario. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 150 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.7.10 CONEXIÓN TRIFASICA/EXAFASICA Finalidad: Conectar el transformador en el modo trifásico/exafásico y comprobar su funcionamiento midiendo las tensiones de salida. Descripción: Esta conexión, cuya representación es λ/ex, proporciona seis fases de salida con neutro y su aplicación principal es en sistemas de rectificación para obtener una tensión muy plana o similar. La siguiente figura muestra el circuito. Fig. 2.81 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 151 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • Transformador didáctico TRB-03 • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión Procedimientos: a) Conexionar el circuito conforme muestra la siguiente figura y después aplicarle la línea trifásica de 3 x 380 V o 3 x 220 V a los puntos R, S y T. Fig. 2.82 Conexionado de la práctica b) Medir la tensión de cada rama respecto del neutro (0) y comprobar que su valor en vacío es de 80 V. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 152 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.8 PRACTICAS CON MOTORES Práctica nº 2.8.1 Motores y generadores eléctricos Práctica nº 2.8.2 Identificación, medida de las bobinas y puesta en marcha del motor monofásico M-25 Práctica nº 2.8.3 Identificación, medida y puesta en marcha del motor universal M-26 Práctica nº 2.8.4 Identificación, medida de las bobinas y puesta en marcha del motor trifásico M-380 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 153 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CONSIDERACIONES PREVIAS 2.8.1 Motores de Jaula de ardilla El motor trifásico es una máquina eléctrica que convierte la energía eléctrica aplicada en energía mecánica. Obtiene la energía eléctrica de tres tensiones alternas de igual magnitud y desplazadas 120° entre ellas. Cada una de dichas tensiones se denomina FASE y se le aplica la nomenclatura “R”,”S” y ”T” para distinguirlas, según se aprecia en la figura 2.83. Fig. 2.83 Fases de la tensión trifásica Esas tres fases se le aplican al motor como alimentación, el cual está formado por dos partes principales denominadas ESTATOR y ROTOR, cuya descripción se da en los siguientes apartados. EL ESTATOR El estator es la parte del motor que permanece inmóvil. Contiene tres devanados dispuestos en las ranuras del núcleo, uno por cada fase, conectados a la red eléctrica trifásica conforme a sus características eléctricas. Las espiras de cada devanado están arrolladas alrededor de dos o más salientes enfrentados entre sí, denominados POLOS, entre los cuales fluye el campo magnético generado por dicho devanado. La figura 2.84 muestra el estator de un motor de dos polos, en el cual la fase R genera los polos a-a’, la S los polos b-b’ y la T los polos c-c’. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 154 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.84 Detalle del estator El conjunto de los tres devanados genera en el eje longitudinal del estator un campo magnético rotativo de intensidad constante y velocidad uniforme que fuerza al rotor a girar en su mismo sentido. A continuación se describe cómo se genera dicho campo rotativo. El devanado de cada fase produce un campo magnético alternativo H, el cual tiene siempre la misma dirección pero una amplitud variable y un sentido conforme al valor instantáneo de la corriente que lo produce, como muestra la figura 2.85. Fig. 2.85 Detalles del campo magnético generado Este campo magnético alternativo se puede considerar, según el teorema de Leblanc, como el resultante de dos campos giratorios de amplitud mitad del valor máximo, de sentido de giro opuesto y cuya velocidad angular en radianes eléctricos es igual a la pulsación del campo fijo. La figura 2.86 A muestra el vector resultante Hr en su valor máximo en correspondencia con los 90° eléctricos del ciclo, y la figura Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 155 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.86 B cómo disminuye Hr al aproximarse a los 180°, momento en el que Hr es cero por ser los vectores Hd y Hi opuestos. Fig. 2.86 Vectores Aplicando este principio a las tres fases en un instante dado, estas generan los campos alternativos H1, H2 y H3 en el interior del estator, tal como muestra la figura 2.87. Fig. 2.87 Campos alternativos que genera el estator. Descomponiendo cada uno de los tres vectores H1, H2 y H3 en sus componentes de rotación a izquierda (Hi) y a derecha (Hd), como muestra la figura 2.88, es posible determinar la acción simultánea de los tres devanados en el punto central “o” del estator. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 156 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.88 Vectores para determinar la acción de los devanados Sumando las componentes de rotación a izquierda H1i, H2i y H3i, estas dan una resultante nula por tener la misma intensidad y estar desfasadas 120°. Las componentes de rotación a la derecha H1d, H21d y H3d, están en fase al ser paralelas y dan como resultado un vector H igual a la suma de las tres. Estas dos situaciones quedan reflejadas en la figura 2.89. Fig. 2.89 Componentes de rotación Al cumplirse en cada fase que las componentes rotatorias vale: Hd = Hi = ½ Hmax. El vector resultante H del campo magnético tiene una intensidad que vale: H = 3 Hd = 3/2 Hmax. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 157 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Repitiendo el procedimiento anterior para cualquier otro instante, se comprueba que el vector resultante H tiene una amplitud constante y que gira a la derecha con una velocidad angular constante. Para invertir el sentido de giro del campo magnético, y por lo tanto del motor, basta con cambiar la conexión de los devanados de dos fases con lo que los vectores que giran a la derecha se anulan y los que giran a la izquierda se suman. La velocidad de rotación del campo magnético, en n revoluciones por minuto, depende de la frecuencia f en hertzios de las fases de alimentación y del número de pares de polos p existentes en una de ellas, conforme a la siguiente relación: n = 60 ( f/p) EL ROTOR Es la parte móvil del motor. Está inmerso en el campo magnético producido por los polos del estator y separado de ellos por un pequeño entrehierro. El rotor gira sobre un eje, al cual se encuentra fijado el mecanismo a accionar, extrayéndose de esta forma la energía mecánica producida. El rotor en jaula de ardilla es el más utilizado en la industria por ser robusto, libre de mantenimiento y económico de producir. Está constituido por un núcleo de chapas ferromagnéticas aisladas entre sí, sobre las cuales se colocan barras de aluminio (conductores) dispuestas paralelamente entre sí y unidas sus extremidades por dos anillos conductores, también de aluminio, que cortocircuitan los conductores. La figura 2.90 ilustra dichas partes constitutivas. Fig. 2.90 Detalle del rotor de jaula de ardilla Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 158 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Esta disposición da lugar a un conjunto de espiras en cortocircuito, estando formada cada una por dos barras opuestas y los dos anillos que cierran sus extremos. La forma física y la resistencia eléctrica de las espiras son determinantes para las características mecánicas del motor; por ello las barras del rotor se colocan con una cierta inclinación para reducir las vibraciones y ruidos producidos por la acción electromagnética entre los dientes y los huecos del estator y del rotor. La figura 2.91 muestra dicha inclinación. Fig. 2.91 Detalle de la inclinación de las barras del rotor El funcionamiento del rotor es el siguiente: Cuando el motor está parado y se conecta a la red eléctrica, las espiras del rotor se ven sometidas a un campo magnético rotativo. Al girar el campo magnético y permanecer inmóviles las espiras, se produce una variación del numero de líneas de fuerza (flujo) incidentes en cada una de las espiras. Esta variación del flujo en las espiras genera en ellas una tensión inducida en virtud de la ley de Faraday. La tensión así generada en cada espira provoca que se establezca en ellas una corriente eléctrica. Es conocido por la ley de Biot y Savart que dice: “sobre todo conductor recorrido por una corriente y bajo la acción de un campo magnético, nace una fuerza mecánica”. Su valor viene dado por la expresión: F = B L I sen α ( Newton ) Donde: B = Densidad de campo, en Wb/m² L = Longitud del conductor sobre el que actúa el campo, en metros. I = Intensidad de la corriente en el conductor, en amperios. α = Angulo formado por el conductor con la dirección del campo magnético. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 159 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. En los motores eléctricos, la dirección del campo magnético es perpendicular (90º) a las espiras, por lo que senα= 1. La fuerza que ejerce una de las espiras del rotor es: F = B L I ( Newton ) La figura 2.92 muestra la dirección de la corriente y el sentido de la fuerza generada en una espira del rotor. La longitud útil de la espira que reacciona con el campo es L1 y L2, correspondiendo estas a las barras conductoras del rotor. Entonces la fuerza generada por cada barra es: F = B I L1 ( Newton ) Fig. 2.92 Fuerza y par electromagnéticos Como se puede apreciar en la citada figura 2.92, la fuerza F dista una distancia r del eje del rotor, lo cual produce un par de giro que vale: M = F r = B L1 I r ( Newton –metro ) El par debido a la suma de los pares individuales producidos por cada barra recibe el nombre de par electromagnético. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 160 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. El citado par fuerza al rotor a girar en el mismo sentido que lo hace el campo magnético del estator, no siendo posible alcanzar el rotor la misma velocidad angular del campo porque, al acercarse a la velocidad de sincronismo, tiende a desaparecer la variación de flujo en las espiras del rotor y por lo tanto la fuerza que generan. Este efecto es conocido como deslizamiento y viene expresado por: S = n – Vr / n donde: n = 60 F/ p Siendo: S= n= Vr = F= P= Deslizamiento. Velocidad de giro del campo magnético en el estator (r.p.m.). Velocidad de giro del rotor (r.p.m.). Frecuencia de la red trifásica ( Hz. ) Número de pares de polos. El motor con rotor en jaula de ardilla es por lo tanto un motor asíncrono y la velocidad del rotor sufre un ligero descenso cuando el motor pasa del funcionamiento en vacío a plena carga. 2.8.2 El motor Dahlander Motor trifásico de dos velocidades. Los motores trifásicos asíncronos tienen su velocidad de giro determinada por dos variables que son la frecuencia de las fases que lo alimentan y el número de pares de polos que contiene el estator, como lo demuestra la expresión: n = 60 F/ p El control de la velocidad del motor por la frecuencia de las fases de alimentación requiere el uso de un variador de frecuencia externo y permite un amplio margen de velocidades. El cambio de velocidad por el número de polos limita el número de velocidades posibles. Ello implica que el estator tenga varios bobinados de distinto número de polos, o bien con un sólo bobinado construido de tal forma que pueda conectarse exteriormente con diferente número de polos. A los motores con un solo bobinado se les denomina motores de polos conmutables o también de conexión DAHLANDER. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 161 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Los motores con un solo devanado en conexión Dahlander tienen dos velocidades, una doble que la otra, la tensión de alimentación es la misma para las dos velocidades, la potencia entregada es similar en ambas velocidades y su rotor es siempre en jaula de ardilla. La figura 2.93 muestra las conexiones triangulo y doble estrella de un devanado Dahlander. Fig. 2.93 El devanado Dahlander es un devanado trifásico normal pero conectado en el interior del estator de tal forma que, según se conecten sus bornas exteriores a la red, el motor tendrá un número de polos u otro distinto. El numero de polos es siempre el doble uno del otro. Las combinaciones de polos más frecuentes son: 4/2, 8/4, y 12/6. La conexión en triangulo tiene un número de polos más alto y le corresponde la velocidad más baja, la conexión en doble estrella tiene la mitad de polos que la conexión triangulo y por lo tanto una velocidad doble. Esto se puede comprobar en el desarrollo mostrado en la figura 2.94 del estator, con un devanado Dahlander 4/2, en el que se ha resaltado la fase 1U-1V. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 162 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.94 Desarrollo del estator del motor Dahlander Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 163 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. La figura 2.95 muestra la caja de bornas del motor y el modo de conexión para cada velocidad de las indicadas. Fig. 2.95 Caja de bornas y conexiones para triángulo y doble estrella 2.8.3 Motores monofásicos Corresponden estos a máquinas asíncronas de un solo devanado en el estator, que es el inductor. Son de jaula de ardilla conforme a los principios tecnológicos descritos en los apartados anteriores. Sin embargo, ésta configuración base impide que el motor arranque por si solo porque el par de arranque es cero. Pero si se provoca un desequilibrio en el momento de arranque, este comienza a girar. Para generar tal equilibrio se emplean diferentes procedimientos, siendo el más empleado el denominado arranque por condensador, lo que da al motor la configuración que muestra la figura 2.96. Fig. 2.96 Configuración del motor monofásico Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 164 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Los componentes que intervienen son: 1 = Bobina de trabajo o principal. 2 = Bobina auxiliar o de arranque. 3 = Condensador de arranque. El motor, por las razones indicadas, dispone ahora de dos bobinas en el inductor, las cuales están desplazadas un valor equivalente a: π (2 P) donde: P = Número de pares de polos del motor. La bobina principal recibe energía eléctrica durante todo el tiempo de funcionamiento del motor, a diferencia de la auxiliar, que la recibe durante el tiempo de carga del condensador. Esta última bobina dispuesta en serie con el condensador de arranque es la que genera el desfase entre la corriente de ambas, tal como muestra la figura 2.97. Iaux V Iprincipal I 2.97 Diagrama de fases En tales condiciones, la secuencia de arranque del motor es la siguiente: 1. Al aplicar tensión de alimentación al motor se generan dos campos magnéticos desfasados 90º. 2. El devanado principal genera un campo magnético pulsante Hp que tiene siempre la misma dirección y amplitud variable. Su sentido de giro es conforme al valor instantáneo de la corriente. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 165 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.98 Campo magnético de la bobina principal respecto de la auxiliar. 3. El devanado auxiliar produce un campo magnético Ha desfasado 90º respecto del anterior, tal como muestra la figura 2.99. Fig. 2.99 Campo magnético de la bobina auxiliar Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 166 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 4. Como consecuencia de ambos, el campo magnético resultante de la suma vectorial es rotativo, tal como muestra la figura 2.100. Fig. 2.100 Campo magnético rotativo como consecuencia de la suma vectorial de las anteriores. El motor gira así en el mimo sentido del campo magnético. Si se requiere el otro sentido, es preciso invertir las conexiones de la bobina principal. 2.8.4 Arranque de los motores En los motores asíncronos se emplea un conjunto de procedimientos de arranque para lograr objetivos definidos, de los que se pueden considerar como principales los siguientes: CONVENCIONALES Directo Modo en el que la tensión de la red se aplica directamente a sus bobinas, sin ningún elemento de control interpuesto, salvo los necesarios contactores y la protección. La corriente inicial para facilitar el arranque es de 4 a 8 veces la nominal. Mediante resistencias en serie con el estator Método primitivo de arranque basado en la conmutación secuencial mediante contactores de resistencia de valor decreciente dispuestas en serie con el estator. Se puede comprender que está basado en un arranque con corriente de valor progresivo en el tiempo previsto hasta alcanzar el valor nominal. Este procedimiento está completamente en desuso. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 167 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Mediante reactancias en serie con el estator. Procedimiento similar al anterior y con el mismo objetivo, diferenciándose en que emplea reactancias de valor decreciente en el tiempo de la secuencia de arranque. Se empleaba para motores de más potencia que en el procedimiento anterior para reducir las pérdidas energéticas, pero esta también en descenso. Mediante conmutación estrella-triángulo Es el procedimiento convencional comúnmente empleado, naturalmente si el motor lo permite porque tenga sus terminales accesibles para ello. El motor arranca en estrella (ver montaje equivalente en los transformadores de la figura 2.38) para quedar al cabo del tiempo previsto mediante un relé de retardo en el modo triángulo (ver figura 2.39), que es el nominal. En el modo estrella las bobinas están sometidas a una tensión dividida por √3, lo que representa un 58% de reducción, aunque el par se reduce 1/3. En el modo triángulo, el motor recupera sus parámetros nominales. No siempre es posible este procedimiento de arranque tendente, como los anteriores, a reducir la corriente inicial, que en triángulo es muy alta, tal como se ha indicado. En efecto si de inicio se precisa el par nominal, el arranque debe ser el directo. AVANZADO La electrónica aplicada al control de los motores ha dado lugar a dos equipos que son los siguientes: Arrancador suave o progresivo Convertidor de frecuencia para control total de los parámetros de arranque, funcionamiento y parada. Estos dos componentes están descritos en el apartado 2.10 dedicado a los dispositivos electrónicos de control. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 168 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.8.5 Motor universal Fig. 2.101 Es un motor de DC con la excitación en serie con el inducido en DC se invierte el sentido de giro con la polaridad. Si a este se le aplica alterna como cambia en los dos a la vez, el sentido de giro no cambia motivo que lo que puede trabajar en AC. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 169 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.8.1 MOTORES Y GENERADORES ELECTRICOS Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un motor y un generador acoplados mecánicamente. Descripción: Dada la configuración que muestra la siguiente figura, al aplicar una tensión eléctrica a las bobinas a través de las escobillas, se produce un par de fuerzas por la acción magnética y el dispositivo gira y, al hacerlo, cambia de bobina en un ciclo continuo. La velocidad de giro depende de la intensidad del campo magnético que genera las bobinas y por tanto de la tensión aplicada a los devanados. Fig. 2.102 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 170 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. En cuanto al generador de corriente continua, este tiene el mismo principio –un motor de continua se puede emplear como generador- ya que al hacer girar sus bobinas inmersas en un campo magnético (los imanes permanentes) nace tensión entre ellas conforme a la ley de Faraday. El entrenador incorpora dos motores idénticos acoplados mecánicamente (unión de sus ejes) para emplearlos indistintamente como motor o como generador eléctrico. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación • K7. Kit de electromagnetismo y grupo motor/generador. • MM. Multímetro digital • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • Cables de interconexión Procedimientos: a) Efectuar el montaje de a siguiente figura y alimentarlo con 12 V de continua procedentes del módulo MATM-38. Fig. 2.103 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 171 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. b) Accionar el potenciómetro bobinado P1 y comprobar dos efectos: 1. Que el motor cambia la velocidad con la tensión aplicada. 2. Los cambios de tensión aplicados al motor se refleja en el voltímetro. c) Cambiar ahora la disposición del instrumento de medida tal como muestra la siguiente figura y llevar a cabo las siguientes acciones: Fig. 2.104 1. Con P1 girando totalmente a la izquierda, comprobar la velocidad mínima de giro del motor y medir la tensión generada, anotándola. VGmin = ______ 2. Girar P1 hacia la derecha y comprobar el aumento de la velocidad del motor y de la tensión generada. Anotar el valor máximo obtenido. VGmax = ______ Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Por qué cambia la velocidad del motor con la tensión aplicada?. 2. Y la tensión del generador. ¿Por qué depende la velocidad de giro de su eje?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 172 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.8.2 IDENTIFICACIÓN, MEDIDA DE LAS BOBINAS Y PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR MONOFÁSICO M-25 Finalidad: Medir la resistencia eléctrica de las bobinas del motor monofásico con arranque por condensador M-25 e identificar su conexionado para arranque e inversión de sentido de giro y experimentar su funcionamiento. Descripción: El motor monofásico M-25 es del tipo por condensador, estado compuesto por las bobinas de trabajo o principal, la auxiliar o de arranque y el condensador que se dispone en serie con esta última, tal como muestra la figura 2.105, que corresponde a la serigrafía con hembrillas de 4 mm. del panel del motor. Fig. 2.105 Panel del motor Donde, U2 = Bobina de trabajo Z2 = Bobina de arranque C = Condensador de arranque Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 173 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Una particularidad de la bobina de arranque es que la dirección de su campo magnético respecto del que genera la bobina de trabajo determina el sentido de giro del motor. Las siguientes figuras muestran las formas de conexión para los dos sentidos de giro. SENTIDO DE GIRO DIRECTO RED Fig. 2.106 Conexionado para sentido directo SENTIDO DE GIRO INVERSO RED Fig. 2.107 Conexionado para sentido inverso Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 174 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: Motor M-25 MM. Multímetro digital Cables de interconexión. Procedimientos: a) Medir la resistencia interna de las bobinas, anotando su valor. U2 = _______ ohm Z2 = _______ ohm b) Mediante los cables de interconexión, configurar el motor para sentido de giro directo. c) Repetir la operación para montaje en sentido inverso. d) Repetir el conexionado y comprobar con el multimetro dispuesto para medida de resistencia el aislamiento eléctrico del condensador, observando la carga inicial, cuyo tiempo está determinado por la resistencia interna del polímetro utilizado. e) Aplicar tensión de red al motor y comprobar su funcionamiento en los dos sentidos de giro. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 175 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.8.3 IDENTIFICACIÓN, MEDIDA Y PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR UNIVERSAL M-26 Finalidad: Identificar las bobinas, rotor bobinado y escobillas del motor universal para medir su resistencia y ponerlo en funcionamiento. Descripción: El motor universal es el que puede operar con corrientes alternas y continuas, tal como se ha indicado en el apartado 2.8.5 de esta sección. Su esquema es el de la figura 2.108. Fig. 2.108 Esquema general del motor universal Equipamiento necesario: MATM-38. Módulo de alimentación. MR-2. Módulo con diodos. Motor M-26. Motor universal MM. Multímetro digital Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 176 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Observar todas las partes mecánicas y eléctricas del motor, especialmente lo siguiente: • El rotor bobinado • Las escobillas • Los dos bobinados de excitación. b) Girar el eje con la mano para observar el roce de las escobillas del colector del rotor bobinado. c) Medir con el multimetro la resistencia eléctrica del motor, el cual tenía la siguiente configuración, figura 2.109. Bobina de excitación Inducido Bobina de excitación Fig. 2.109 Esquema del motor M-26 Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 177 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. d) Aplicarle la tensión alterna de la red procedente del módulo MATM-38 y comprobar su funcionamiento. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 178 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.8.4 IDENTIFICACIÓN, MEDIDA DE LAS BOBINAS Y PUESTA EN MARCHA DEL MOTOR TRIFÁSICO M-380. Finalidad: Medir la resistencia eléctrica de las bobinas del motor de jaula de ardilla e identificar su conexionado para arranque en estrella y en triángulo. Descripción: Los motores de jaula de ardilla comerciales disponen de una caja de conexiones de 6 terminales para configurarlos como estrella o como triángulo. La figura 2.110 muestra tal disposición. Fig. 2.110 Caja de conexiones de los motores comerciales En el motor didáctico M-380 del entrenador, tales conexiones de la caja de bornas se ha prolongado a un diagrama de bloques con seis hembrillas de 4 mm, tal como muestra la figura 2.111. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 179 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. W2 U2 V2 U1 V1 W1 Fig. 2.111 Serigrafía de las bobinas del motor didáctico M-380. Con tales hembrillas y con cable de interconexión de clavija a clavija, es posible configurar el motor para los dos modos indicados. Así: ESTRELLA Fig. 2.112 Configuración para el montaje en estrella Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 180 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. TRIÁNGULO Fig. 2.113 Configuración para montaje en triángulo Como se puede observar, en el montaje en estrella, entre cada fase hay dos bobinas en serie, a diferencia del montaje en triángulo, en el que cada fase está aplicada a una bobina. Equipamiento necesario: Motor M-380 Cables de interconexión. • MM. Multímetro digital Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 181 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Mediante cables de interconexión, configurar el motor M-380 en montaje estrella, identificando claramente los tres terminales de entrada de la red trifásica. b) Disponer el polímetro para medida de resistencia y medir la que existe entre cada fase de la entrada de red R, S, T, que deberán ser iguales, anotando el valor: RS = _______ ohm ST = _______ ohm TR = _______ ohm c) Comprobar el aislamiento entre las fases R,S, T y la masa del motor. Para ello poner el medidor sucesivamente entre R, S, T y la tierra y observar que la resistencia que marca el instrumento tiene valor infinito. d) Disponer ahora el motor en montaje triángulo y repetir la operación de medida de la resistencia de las bobinas del motor, la cual debe ser en este montaje de valor mitad al del punto b). Anotar el valor: RS = _______ ohm ST = _______ ohm TR = _______ ohm e) Aplicar la red trifásica al motor y experimentar su funcionamiento en los dos sentidos de giro. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 182 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.9 PRÁCTICAS CON CIRCUITOS RLC Práctica nº 2.9.1 Análisis de un circuito RC en serie Práctica nº 2.9.2 Análisis de un circuito RC en paralelo Práctica nº 2.9.3 Análisis de un circuito RL en serie Práctica nº 2.9.4 Análisis de un circuito RL en paralelo Práctica nº 2.9.5 Análisis de un circuito RLC en serie Práctica nº 2.9.6 Análisis de un circuito LC en paralelo Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 183 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CONDICIONES PREVIAS RESISTENCIAS (R) En las resistencias la tensión y la corriente están en fase, por lo que su comportamiento es igual en alterna que en continua. Su característica básica sigue siendo su valor y los cálculos se llevan a cabo mediante la ley de Ohm. Sin embargo, en asociación con bobinas o condensadores, las condiciones cambian, tal como se describe a continuación. BOBINAS (L) Las bobinas presentan oposición al paso de la corriente alterna, la cual es denominada Reactancia Inductiva, y que se significa como XL. Tal efecto es proporcional a la velocidad angular de la tensión aplicada, con lo que el valor de tal oposición, expresado en Ohm, es: XL = 2πfL = ωL donde, XL = Reactancia inductiva f = Frecuencia de la tensión en Hz. L = Valor de la inductancia en Henrios (H). ω = Velocidad angular Si la bobina, en alterna, no está acompañada de otros componentes, presenta el efecto de desfase de 90º entre la tensión y la corriente (adelanto de la tensión respecto de la corriente). Cuando se combinan inductancias con resistencias o condensadores, la tensión y la fase toman forma vectorial, tal como se describe en las siguientes prácticas. CONDENSADORES Los condensadores, en alterna, retrasan la tensión respecto de la corriente, para después entregar tensión cuando están cargados. Presentan una denominada Reactancia Capacitiva, cuyo valor, en Ohm, se calcula mediante la siguiente expresión: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 184 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 1 XC = 2πfC donde, f = Frecuencia en Hz C = Capacidad en Faradios El condensador, como la bobina, si se combinan con componentes RL, la tensión y la fase toman forma vectorial. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 185 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.9.1 ANÁLISIS DE UN CIRCUITO RC EN SERIE Finalidad: Analizar el funcionamiento de un circuito RC en serie alimentado con tensión alterna del módulo MATM-38. Descripción: Se propone realizar una conexión RC en serie alimentada con tensión alterna procedente del módulo MATM-38. Para calcular la corriente total y por tanto la caída de tensión en cada componente, se tendrá que calcular previamente la impedancia equivalente del conjunto serie, pero la suma de las impedancias no es algebraica, sino vectorial, tal como se ha indicado. Así: Z = R + XC ; luego ZT = R2 + X2 C 1 Siendo XC = 2πfc Con ello, la suma de tensiones queda del siguiente modo: ET = ER + EC ; ET = ER2 + EC2 La corriente total es la misma por todo el circuito al estar en serie. Si se le aplica la Ley de Ohm se obtendrá: IT = ET ZT Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 186 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-5. Módulo con condensadores. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de intercomunicación. Procedimientos: a) Dado el circuito de la figura siguiente, calcular la impedancia capacitiva y la impedancia total. Anotar sus valores. Fig. 2.114. Circuito RC en serie XC = ______ ZT = ______ b) Conexionar el circuito y aplicarle una tensión alterna de 15 V. procedente del módulo MATM-38. c) Medir la tensión existente en extremos de R y C y comprobar que se cumple la siguiente igualdad: ET = ER2+ E C2 ER = R . I = _____ Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 187 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. EC = Xc . I = _____ d) Repetir operaciones conectando ahora en paralelo con C5 el condensador C4, tal como muestra la figura 2.115 Fig. 2-115. Modificación del circuito donde, CT = C1 + C2 Cuestiones de autoevaluación: 1. Considérese que el instrumento de medida a emplear tiene una resistencia interna de 1 M Ohm/V con escala en 20 V. ¿Qué error se introduce en el circuito al medir sobre R6?. 2. ¿Se podría poner C1 del módulo MC-5 en el lugar de C4?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 188 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.9.2 ANÁLISIS DE UN CIRCUITO RC EN PARALELO Finalidad: Analizar el funcionamiento de un circuito RC en paralelo alimentado con alterna. Descripción: Realizar una conexión RC en paralelo alimentando el circuito con corriente alterna procedente del módulo MATM-38. Para calcular la corriente total y las corrientes parciales, se tendrá que calcular previamente la impedancia equivalente del conjunto paralelo mediante la siguiente exposición: Z= R . XC ; R + XC ZT = R + XC R2 + XC Como la tensión en un circuito paralelo es la misma en todo el circuito, la corriente total será la suma vectorial de las componentes que circulan por cada rama. IT = IC + IR ; IT ET ZT Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-5. Módulo con condensadores. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de intercomunicación. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 189 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Conexionar el circuito de la figura 2.116 y conectarlo a la tensión alterna de 15 V del módulo MATM-38. Fig. Esquema del circuito propuesto 1 XC = 2πfc ; IT = IR2+ I2 C ; IC = ET XC ; ZT = ET IT b) Medir la corriente total y las corrientes paralelas, intercalando el instrumento de medida, y comprobar la igualdad (salvo tolerancias) con los cálculos efectuados. c) Repetir operaciones conectando en paralelo con C4, el condensador C5, tal como muestra la figura al pie. Fig. 2.117 Modificación del circuito NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 190 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.9.3 ANÁLISIS DE UN CIRCUITO RL EN SERIE Finalidad: Analizar el funcionamiento de un circuito RL en serie alimentando con tensión alterna. Descripción: Analizar un circuito RL en serie alimentado con tensión alterna de 15 V. precedente del módulo MATM-38. Para ello será preciso calcular previamente la impedancia equivalente, que es: Z = R + XL ; ZT = R2 + X2L donde XL = 2πfL luego la suma de las tensiones será: ET = EL + ER ; ET = E2L + ER2 Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-5. Módulo con condensadores. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de intercomunicación. Procedimientos: a) Conexionar el circuito de la figura 2.118 y conectarlo a la salida de 15 V alterna del módulo MATM-38. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 191 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.118 Esquema del circuito propuesto b) Calcular la impedancia inductiva (XL) y la corriente total del circuito (IT) conforme a las siguientes expresiones y comprobar experimentalmente que se cumplen, efectuando para ello las medidas necesarias. XL = 2πfL ; ZT = R2 + XL2 ; IT = ET ZT NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 192 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.9.4 ANÁLISIS DE UN CIRCUITO RL EN PARALELO Finalidad: Analizar el funcionamiento de un circuito RL en paralelo alimentado con tensión alterna. Descripción: Realizar una conexión RL en paralelo alimentando al circuito con tensión alterna de 15 V. procedentes del módulo MATM-38. Para hallar la corriente total y las corrientes parciales, se tendrá que calcular previamente la impedancia equivalente de un circuito paralelo mediante la siguiente expresión: Z1 = R3 . XL1 2 ; ZT = R2 + Z1 ; ZR = IT R3 + XL1 Como la tensión en un circuito paralelo, en este caso, es igual a la caída de R2 más la caída en el paralelo, se tendrá que la corriente por IR 2= IT será igual a la suma vectorial de las corrientes que circulan por cada rama. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-3. Módulo con inductancias. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de intercomunicación. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 193 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Conexionar el circuito de la figura 2.119 y conectarlo a la salida de 15 V alterna del módulo MATM-38. Calcular la impedancia inductiva (XL) y la corriente total del circuito (IT). Fig. 2.119 Esquema del circuito propuesto b) Efectuar las medidas necesarias para comprobar que se cumplen los cálculos. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 194 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.9.5 ANÁLISIS DE UN CIRCUITO RLC EN SERIE Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un circuito RLC en serie conectado a la tensión alterna de 15 V. del módulo MATM-38, y efectuar los cálculos necesarios y las medidas correspondientes de comprobación. Descripción: El circuito propuesto es el siguiente: 47 56 mH 220n 270n Fig. 2.120 Esquema del circuito propuesto En el se dan las siguientes acciones: • La tensión de ER = I . R, está en fase con la corriente. • La tensión de EL = I . XL, está adelantada 90º con respecto de la corriente. • La tensión de EC = I . XC, está retrasada 90º con respecto de la corriente. En tales condiciones, la tensión aplicada corresponde a la raíz cuadrada de la suma compuesta por el cuadrado de la tensión en extremos de la resistencia y el cuadrado de la diferencia entre las tensiones de las reactancias. Así: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 195 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. E2 + (EL – EC)2 E= Luego, tal como se ha indicado: ER = IR EL = I . XL EC = I . XC Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-3. Módulo con inductancias. • MC-5. Módulo de condensadores. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de intercomunicación. Procedimientos: a) Montar el circuito propuesto. b) Calcular los valores de XL y XC. c) Con los datos obtenidos, calcular las caídas de tensión en extremos de los componentes R, L y C. Anotar los valores: I= ER = EL = EC = Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 196 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. d) Efectuar las medidas necesarias para comprobar los cálculos efectuados. Pequeñas diferencias son debidas a la tolerancia de los componentes y grandes a errores, lo que supone repetir operaciones. e) Repetir operaciones poniendo en paralelo con L4 la bobina L3 y sobre C5 y C6 poner C4. Cuestiones de autoevaluación: 1. ¿Se pueden cambiar de lugar los componentes RLC sin que se altere su funcionamiento?. 2. ¿Los condensadores podrían ser electrolíticos?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 197 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.9.6 ANÁLISIS DE UN CIRCUITO LC EN PARALELO Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un circuito LC en paralelo conectado a tensión alterna de 15 V procedente del módulo MATM-38 y efectuar los cálculos necesarios y las medidas correspondientes de comprobación. Descripción: El circuito propuesto es el siguiente: 100n 270n 22on 56 mH Fig. 2.121 Esquema del circuito propuesto En este montaje se da la condición de que la corriente de los dos circuitos está desfasada 180º, con lo que la corriente total es: I T = IL - I C Luego la impedancia es: E Z= = IT XL . XC XL + XC Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 198 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-3. Módulo con inductancias. • MC-5. Módulo de condensadores. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de intercomunicación. Procedimientos: a) Montar el circuito propuesto y alimentarlo en tensión alterna de 15 V. b) Efectuar los cálculos necesarios y las medidas de comprobación para analizar completamente el circuito, siguiendo los criterios de la práctica anterior. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 199 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.10 PRÁCTICAS DE RECTIFICACIÓN Y FILTRADO Práctica nº 2.10.1 Análisis de la curva de respuesta del diodo rectificador Práctica nº 2.10.2 Rectificación de media onda Práctica nº 2.10.3 Rectificación de doble onda con dos devanados Práctica nº 2.10.4 Rectificación de doble onda con puente de Graezt Práctica nº 2.10.5 Rectificación trifásica de media onda. Práctica nº 2.10.6 Rectificación trifásica en puente. Práctica nº 2.10.7 Rectificación para alimentar el motor universal. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 200 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. CONSIDERACIONES PREVIAS El rectificador empleado en las fuentes de alimentación está compuesto por uno o más diodos para convertir la tensión alterna de los secundarios del transformador en una continua pulsatoria, la cual es posteriormente filtrada para convertirla en plana. Los rectificadores se dividen en dos grupos, que son: • De media onda cuando rectifican solo uno de los semiciclos de la tensión de entrada. • De doble onda cuando rectifican los dos semiciclos. EL RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Como se ha descrito anteriormente, los rectificadores de media onda son aquellos que solo rectifican uno de los dos semiciclos de la tensión de entrada. La figura 2.122 muestra su configuración, en la que se puede observar las formas de onda de las tensiones de entrada y salida. Fig. 2.121 a) Rectificador de media onda Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 201 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Tensión de entrada VAB Tensión de salida VBC Fig. 2.122 b) Formas de onda El funcionamiento del circuito de la figura es el siguiente: Durante el primer semiciclo de la tensión de entrada VAB, el punto A es positivo respecto del punto B por lo que el diodo D1, está polarizado directamente y conduce, estableciéndose una corriente I a través de la resistencia de carga Rc desde el punto B al punto A. Durante el segundo semiciclo de la tensión VAB,, el punto A es negativo respecto del punto B por lo que el diodo D1 está polarizado inversamente y no conduce. Este proceso se repite en cada ciclo, por lo que la tensión de salida VCB es una continua pulsatoria con el mismo valor de tensión de pico Vp que la de entrada VAB, pero con un valor eficaz o de continua Vcc menor. Su equivalencia está indicada en la siguiente expresión: Vp Vcc = ----- = 0´318 x Vp π Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 202 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Las frecuencias de las tensiones de entrada y de salida son iguales puesto que tienen el mismo periodo de repetición T. Recuérdese que la frecuencia (f) es igual a la inversa del periodo (T). 1 f = ----T RECTIFICADOR DE DOBLE ONDA CON TRANSFORMADOR CON TOMA INTERMEDIA Este tipo de rectificación está formado por un transformador que proporciona tensiones simétricas respecto a su toma intermedia y por dos rectificadores de media onda conectados como muestran la figura 2.123. Fig. 2.123 a) Rectificador de doble onda Fig. 2.123 b) Tensión de entrada VAB o VBC Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 203 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.123 c) Tensión de salida VDB Su funcionamiento es el siguiente: Considérese en la figura 2.124 a) que durante el primer semiciclo de la tensión de entrada, el transformador toma las polaridades mostradas en la figura al pie, de tal forma que el punto A es positivo respecto del punto B por lo que D1 conduce, estableciéndose con ello una corriente I desde el punto B al punto A. El diodo D2 no conduce durante este semiciclo puesto que el punto C es negativo respecto del punto B. Fig. 2.124 a) Conducción de D1 durante el primer semiciclo En el segundo semiciclo las polaridades del transformador cambian, como muestra la figura 2.124 b), y en estas condiciones el diodo D1 no conduce puesto que el punto A es negativo respecto del punto B, por lo que está polarizado inversamente. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 204 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.124 b) Conducción de D2 durante el segundo semiciclo El diodo D2 en este semiciclo conduce por estar polarizado directamente, al ser el punto C positivo respecto del punto B, estableciéndose una corriente I, del mismo sentido que en el semiciclo anterior, desde el punto B al punto C. Respecto del valor de la tensión continua Vcc de salida, esta se determina mediante la siguiente expresión: 2Vp Vcc = ----- = 0´636 x Vp π RECTIFICADOR DE DOBLE ONDA CON PUENTE DE GRAEZT Este tipo de rectificador entrega una tensión de salida igual que el rectificador anterior, pero utiliza para ello un transformador con un único devanado. La figura 2.125 muestra su esquema eléctrico con las formas de onda de sus tensiones de entrada y salida. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 205 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Esquema eléctrico Tensión de entrada VAB Tensión de salida VBC Fig. 2.125 Rectificación en puente y formas de onda Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 206 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Como se aprecia en la figura, el rectificador está formado por cuatro diodos, D1 a D4, los cuales conducen por parejas; D1 – D3 para el semiciclo positivo y D2 – D4 para el negativo. Su funcionamiento en detalle es el siguiente: Supóngase que durante el primer semiciclo de la tensión de entrada VAB el punto A es positivo respecto del punto B como muestra la figura 2.126. Fig. 2.126 Detalle de conducción durante el primer semiciclo De los dos diodos D2 – D3 conectados al punto B, el único polarizado directamente es D3. En el punto A el diodo que está polarizado directamente y por lo tanto en condiciones de conducir es D1. En tales condiciones se establece una corriente I desde el punto B al punto A siguiendo el recorrido mostrado por la flecha de la citada figura. En el segundo semiciclo de la tensión de entrada VAB se invierte la polaridad, quedando el punto B positivo respecto del punto A como muestra la figura 2.127: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 207 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Fig. 2.127 Conducción durante el segundo semiciclo En estas condiciones, de los dos diodos conectados al punto A, sólo está polarizado directamente D4, al igual que D2 para el punto B, estableciéndose una corriente I que circula desde el punto A al punto B recorriendo la resistencia de carga Rc en el mismo sentido que lo hizo en el semiciclo anterior. La corriente I circula desde el punto C al punto D a través de la resistencia de carga, correspondiendo el punto C a la salida negativa del rectificador y el punto D a la positiva. La tensión continua pulsatoria aplicada a la resistencia de carga tiene un valor de tensión continua expresado en la siguiente fórmula: 2Vp = 0´636 x Vp Vcc = π Dicha tensión pulsatoria tiene una frecuencia que es doble respecto a la tensión de entrada VAB por ser su periodo de repetición T2 la mitad de T1. Filtrado En el apartado referente a la rectificación se ha descrito que la tensión continua que entregan los rectificadores, ya sean de media o doble onda, es pulsatoria. Este tipo de tensión no es la adecuada para alimentar dispositivos electrónicos puesto que Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 208 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. varía desde cero voltios hasta Vp, lo que hace necesario un filtro que amortigüe tales variaciones. Para lograr este propósito existen gran variedad de filtros, de los cuales se describen a continuación los tres principales. FILTRO CON CONDENSADOR Es el filtro más sencillo. Está basado en la capacidad de acumulación de carga de un condensador C conectado en paralelo con la resistencia de carga, como muestra la figura 2.128 a). Fig. 2.128 a) Conexión del filtrado al rectificador Inicialmente el condensador C está descargado, pero cuando se produce el primer semiciclo rectificado por D1, el condensador se carga siguiendo la curva de dicho semiciclo hasta que este alcanza su valor máximo Vp, como muestra la figura siguiente. Fig. 2.128 b) Detalle de la carga del condensador En ese momento D1 deja de conducir puesto que la tensión adquirida por el condensador C lo polariza inversamente con respecto al tramo descendente del primer semiciclo, permaneciendo en este estado hasta que la tensión del siguiente semiciclo supere la tensión del condensador. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 209 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. El condensador cargado a la tensión Vp en el primer semiciclo comienza a descargarse a través de la resistencia de carga, lo cual provoca una pendiente de descarga del condensador en función de la constante de tiempo R – C, siendo esta pendiente de descarga la que determina el valor de la tensión de rizado VR de la figura anterior, cuyo valor VR está expresada por la siguiente fórmula: I VR = f.c donde: VR = Tensión de rizado pico a pico I = Corriente continua en la carga f = Frecuencia de la tensión de rizado en Hz c = La capacidad en Faradios del condensador C De la fórmula anterior se deduce que la tensión de rizado es directamente proporcional a la intensidad de descarga e inversamente proporcional a la capacidad del condensador empleado y a la frecuencia. La figura 2.129 muestra la reducción de la tensión de rizado VR con un rectificador de doble onda como consecuencia de que su frecuencia es doble respecto de un rectificador de media onda. Fig. 2.129 Detalle del filtro con rectificación de doble y media onda Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 210 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. FILTRO EN “L” Este filtro puede estar constituido bien por una red RC o bien por una red LC, siendo ventajosa esta última por sus menores pérdidas y mayor eficacia. La configuración de dicho filtro está representada en la figura 2.130. Fig 2.130 Filtrado en “L” Su funcionamiento está basado en la bobina L, que introduce impedancia inductiva XL ante la frecuencia de la tensión de rizado VR presente en el condensador, de tal forma que, despreciando las perdidas resistivas en el hilo de la bobina, ésta es un cortocircuito para la corriente continua pero presenta una oposición (atenuación) para la correspondiente alterna de dicha tensión de rizado VR. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 211 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº 2.10.1 ANÁLISIS DE LA CURVA DE RESPUESTA DEL DIODO RECTIFICADOR Finalidad: Obtener experimentalmente la curva de respuesta del diodo rectificador básico. Descripción: Se trata de experimentar y obtener la curva de respuesta de un diodo en polarización directa para conocer su comportamiento no lineal con la corriente y con la tensión. Aplicando la denominada ecuación de la recta de carga estática de un diodo polarizado sobre una resistencia de carga, se obtiene: Ve – VD ID = R Para obtener el punto de polarización del diodo se fijará la tensión de entrada entre 1 y 10 V, y se medirán las corrientes del diodo con respecto a la tensión. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MR-2. Módulo con diodos. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 212 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Montar el siguiente circuito: R4 + - Fig. 2.131 El diodo polarizado directamente b) Aplicar secuencialmente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 voltios, ajustando para ello el mando de la fuente de alimentación variable del módulo MATM-38 y medir la corriente para cada valor, trasladando ambas magnitudes (tensión y corriente) a las coordenadas I, +U de la siguiente gráfica. I(mA) -U(V) U(V) (Ve) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -I(mA) Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 213 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. c) Invertir las conexiones del diodo D1 para que quede polarizado de modo inverso y repetir las operaciones. R4 = 1K + D1 Vs - Fig. 2.132 El diodo polarizado inversamente En este caso, al estar el diodo D1 cortado, se comporta como un circuito abierto, ya que en cualquier caso Ve > Ø, por lo que, para cualquier valor de Ve mayor que cero voltios, la corriente por el diodo es ID = Ø. I(mA) ID = Ø (Ve) NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 214 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.10.2 RECTIFICACION DE MEDIA ONDA Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un circuito rectificador de media onda con y sin condensador de filtro. Se empleará un osciloscopio para visualizar las formas de onda con y sin filtro. Descripción: Los circuitos propuestos son los siguientes: RECTIFICADOR POR POSITIVO RECTIFICADOR POR NEGATIVO Fig. 2.133 Circuitos rectificadores Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 215 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Dependiendo de la posición del diodo, este deja pasar solo los semiciclos positivos (parte superior) o solo los negativos (parte inferior). R4 es la resistencia de carga y C3 el condensador de filtro, el cual se introduce en esta práctica después de haber observado la tensión de salida del rectificador. La procedencia de los componentes para esta práctica es la siguiente: • MATM-38. Suministro de 15 V. alterna • MC-5. El condensador del filtro C9. • MC-18. El interruptor del filtro. • MR-2. El diodo rectificador • MR-25. La resistencia R4 Las tensiones se medirán con el módulo de medidas MM-2. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-5. Módulo con condensadores. • MC-18. Módulo de iluminación. • MR-2. Módulo con diodos. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Osciloscopio • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 216 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar en el bastidor los módulos que intervienen. b) Montar el circuito rectificador por positivo y alimentarlo con 15 V. de alterna del módulo MATM-38. Mantener abierto el interruptor del módulo MC-18. c) Aplicar la sonda del osciloscopio a los terminales de R4 (la punta activa se conectará al extremo de R4 unido a D1) y comprobar la rectificación. Se podrán observar los semiciclos positivos transferidos por D1. d) Cerrar ahora el interruptor y comprobar que la tensión pulsatoria se hace plana como consecuencia de la carga del condensador. e) Medir la tensión en extremos del condensador con el multimetro y comprobar que este se ha cargado a la tensión de pico. VP = Vef x 2 f) Montar ahora el circuito rectificador por negativo y mantener igualmente abierto el interruptor. g) Aplicar la sonda del osciloscopio a R4, con la punta activa en el extremo de R4 unido con el diodo D1 y comprobar la presencia de impulsos correspondientes a los semiciclos negativos. h) Cerrar el interruptor y comprobar que la tensión pulsatoria se hace plana por la acción del condensador. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 217 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.10.3 RECTIFICACION DE DOBLE ONDA CON DOS DEVANADOS Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un circuito rectificador de doble onda formado por dos diodos y dos devanados del transformador del módulo MATM-38 (en realidad es la salida de 15 + 15 de alterna). Se experimentará así mismo el efecto del condensador de filtro. Descripción: Los circuitos propuestos son los siguientes: Fig. 2.134 Rectificador de doble onda En este montaje se emplean los dos devanados del transformador de 15 + 15 V. del módulo MATM-38. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-5. Módulo con condensadores. • MC-18. Módulo de iluminación. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 218 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. • MR-2. Módulo con diodos. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Osciloscopio • Cables de interconexión. Procedimientos: a) Instalar en el bastidor los módulos que intervienen. b) Montar el circuito propuesto, manteniendo cerrado el interruptor del módulo MC-18. c) Conectar el osciloscopio a los extremos de R4 en las condiciones expuestas en la práctica anterior y comprobar la presencia de la tensión rectificada, la cual presenta la diferencia respecto de la rectificación con un solo diodo de que la frecuencia de los impulsos es doble (2 x frecuencia de la red). d) Cerrar el interruptor para comprobar que se hace plana la tensión rectificada. Cuestiones de evaluación: 1. ¿Si se intervienen las conexiones del devanado S2, mantendrá el circuito su funcionamiento normal?. 2. ¿Y si se hace en S1?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 219 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.10.4 RECTIFICACION DE DOBLE ONDA CON PUENTE DE GRAETZ Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un circuito rectificador de doble onda formado con un solo devanado y cuatro diodos en puente de Graetz. Descripción: El circuito propuesto es el siguiente: Fig. 2.135 Rectificación en puente En este montaje se emplea la tensión de 15 V. alterna del módulo MATM-38. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MC-5. Módulo con condensadores. • MC-18. Módulo de iluminación. • MR-2. Módulo con diodos. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 220 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Osciloscopio • Cables de interconexión. Procedimientos: f) Instalar en el bastidor los módulos que intervienen. g) Montar el circuito propuesto, manteniendo cerrado el interruptor del módulo MC-18. h) Experimentar este circuito con los criterios de las prácticas anteriores. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 221 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.10.5 RECTIFICACION TRIFÁSICA DE MEDIA ONDA Finalidad: Experimentar el funcionamiento de un circuito rectificador de media onda y filtrado con tensión trifásica de 3 x 73 V. procedente del transformador didáctico TRB-03. Descripción: El principio de rectificación descrito para redes monofásicas se puede aplicar para trifásica, con la diferencia de que los semiciclos de salida tienen una frecuencia de 150 Hz. para redes de 50 Hz, y de 180 Hz para las de 60 Hz. El esquema propuesto es el siguiente: Fig. 2.136 Rectificador trifásico de media onda Los tres devanados son los secundarios del citado transformador, el cual se debe conectar a la red trifásica. En ese, los devanados primarios se conectarán en estrella y se unirán a la red trifásica de alimentación y los secundarios serán los citados de 73 V. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 222 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • TRB-03. Transformador didáctico • MR-2. Módulo con diodos. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Osciloscopio • Cables de interconexión. Procedimientos: e) Instalar en el bastidor los módulos que intervienen. f) Montar el circuito propuesto, para lo que es necesario llevar a cabo las siguientes acciones: • Cablear los primarios del transformador didáctico TRB-03 en estrella y dejar prevista una conexión para la red trifásica. • Cablear los devanados secundarios de 73 V. conforme al esquema, uniéndolos después a tres diodos del módulo MR-2. • Emplear como carga (RL) la resistencia R8 del módulo de componentes resistivos MR-25. g) Conectar los primarios de los transformadores a la red trifásica y el osciloscopio en extremos de RL (R8) y observar y medir con el osciloscopio la forma de onda obtenida. Dibujarla y anotar los siguientes parámetros: T= Vp = f= NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 223 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. RÁCTICA Nº 2.10.6 RECTIFICACION TRIFÁSICA EN PUENTE Finalidad: Realizar y experimentar un montaje de rectificador en puente y filtrado con tensión trifásica de 3 x 73 V. procedente del transformador didáctico TRB-03. Descripción: Se puede emplear un puente trifásico para obtener rectificación de doble onda con los criterios de los sistemas monofásicos, aunque, como en la rectificación anterior, la frecuencia de salida es 3 x f, con lo que se simplifica el sistema de filtro para hacer uniforme la tensión pulsante de salida. El circuito propuesto es el siguiente: Fig. 2.137 Rectificación trifásica En este montaje también se emplea el transformador didáctico TRB-03, cuyos devanados primarios, dispuestos en estrella, se conectan a la red y los secundarios son los de 73 V. La resistencia de carga es la misma que la de la práctica anterior. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 224 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Equipamiento necesario: • TRB-03. Transformador didáctico. • MC-5. Módulo con condensadores. • MR-2. Módulo con diodos. • MR-25. Módulo con componentes resistivos. • MM. Multímetro digital • Osciloscopio • Cables de interconexión. Procedimientos: a) Instalar en el bastidor los módulos que intervienen. b) Montar el circuito propuesto sin el condensador C8, para lo que es necesario llevar a cabo las siguientes acciones: • Cablear los primarios del transformador TRB-03 en estrella y dejar prevista una conexión para la red trifásica. • Cablear los devanados secundarios de 73 V. del transformador conforme al esquema, uniéndolos a tres diodos del módulo MR-2. • Emplear como carga (RL) la resistencia R8 del módulo de componentes resistivos MR-25. c) Conectar los primarios de los transformadores a la red trifásica y el osciloscopio a extremos de RL (R8) y observar y medir con el osciloscopio la forma de onda obtenida. Dibujarla y anotar los siguientes parámetros: T= Vp = f= Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 225 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. d) Desconectar de la red, conectar en paralelo con la resistencia de carga el condensador C8 del módulo MC-5 y llevar a cabo las siguientes acciones: • Conectar de nuevo a la red trifásica. • Comprobar que la tensión de salida es ahora plana. • Medir la tensión de salida con el osciloscopio, comprobando el cambio experimentado, el cual corresponde a la carga del condensador a la tensión de pico. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 226 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.10.7 RECTIFICACION PARA ALIMENTAR EL MOTOR UNIVERSAL Finalidad: Rectificar la tensión monofásica de la red tomada del módulo MATM-38 para alimentar con corriente continua el motor universal M-26. Descripción: El motor M-26 es del tipo universal, lo que supone que puede funcionar con corriente alterna y con continua. Su esquema básico es el de la figura 2.138. Fig. 2.138 Esquema básico del motor universal En esta práctica se procederá a rectificar la tensión de la red y a aplicarla al motor. Equipamiento necesario: • MATM-38. Módulo de alimentación. • MR-2. Módulo con diodos. • MM. Multímetro digital • M-26. Motor universal • Cables de interconexión. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 227 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar en el bastidor los módulos que intervienen en la práctica. b) Cablear el circuito de la figura 2.139. Fig. 2.139 Esquema del circuito propuesto Los diodos son los del módulo MR-2, del que se emplearán cuatro para formar un puente rectificador para tensión monofásica. c) Aplicarle al puente rectificador la tensión alterna de la de red procedente del módulo MATM-38. d) Comprobar que el motor funciona. Medir la tensión continua de salida del puente con el multímetro. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 228 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 2.11 PRÁCTICAS DE CIRCUITOS ELECTRICOS DE APLICACIÓN Práctica nº 2.11.1 Instalación eléctrica básica con lámparas Práctica nº 2.11.2 Lámparas controladas desde dos puntos Práctica nº 2.11.3 Lámparas controladas desde tres puntos Práctica nº 2.11.4 Instalación de un tubo fluorescente Práctica nº 2.11.5 Control de lámparas mediante un relé interruptor Práctica nº 2.11.6 Control de lámparas mediante un relé conmutador Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 229 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.11.1 INSTALACIÓN ELÉCTRICA BÁSICA CON LÁMPARAS Finalidad: Realizar el montaje de un punto de luz con interruptor y pulsador. La tensión de alimentación de esta práctica se toma de los 24 V AC del módulo MATM-39. Descripción: El punto de luz del montaje propuesto debe cumplir las siguientes condiciones: Montaje en serie. La lámpara se encenderá solo si el interruptor está activado y se presiona el pulsador. Montaje en paralelo. La lámpara se encenderá permanentemente si el interruptor está activado, con independencia del estado del pulsador, y solo al pulsar este último si el interruptor está desconectado. Equipamiento necesario: MATM-38. Módulo de alimentación. MC-18. Módulo de iluminación. Cables de interconexión Procedimientos: a) Instalar los módulos de la alimentación. b) Instalar los módulos específicos de esta práctica y cablearlos para el montaje en serie de la figura siguiente. Después comprobar que se cumple lo indicado. c) Repetir la operación para el montaje en paralelo y comprobar que su funcionamiento responde a lo indicado. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 230 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 24 V 24 V Fig. 2.140 Esquemas de los montajes a experimentar NOTAS: PRÁCTICA Nº 2.11.2 LÁMPARAS CONTROLADAS DESDE DOS PUNTOS Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 231 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Finalidad: Realizar el montaje de un punto de luz conmutado desde dos posiciones. La tensión de alimentación se tomará de los 24 V. AC del módulo MATM-38. Descripción: El empleo de conmutadores permite controlar un punto de luz desde dos posiciones, de tal modo que se puede encender desde uno y apagar desde el otro. El circuito propuesto es el de la figura 2.141. 24 V FIg. 2.141 Esquema del montaje propuesto Como se puede observar, el circuito controla una fase de la alimentación para encender y apagar desde cualquiera de las dos posiciones. Equipamiento necesario: MATM-38. Módulo de alimentación. MC-18. Módulo de iluminación. Cables de interconexión Procedimientos: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 232 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. a) Instalar los módulos de la alimentación. b) Mediante el polímetro, comprobar la conmutación eléctrica que se produce en ellos. Esta práctica se hace sin tensión, con el polímetro situado en medida de continuidad. c) Instalar los módulos específicos de esta práctica y cablearlos conforme muestra la figura 2.141. d) Comprobar que el punto de luz se puede apagar y encender desde cada conmutador. CUESTIONES: • • • • • ¿Qué ocurrirá si en uno de los conmutadores se desconectase el conductor del común?. ¿Qué sucede cuando se pulsa el conmutador C1 estando la lámpara encendida?. ¿Desde que conmutador se puede encender la lámpara después de apagarla? ¿Por qué?. ¿Se puede utilizar un conmutador como interruptor ¿Por qué?. ¿Qué ocurrirá si en el circuito de la figura se avería un conmutador?. NOTAS: PRÁCTICA Nº 2.11.3 LÁMPARAS CONTROLADAS DESDE TRES PUNTOS Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 233 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Finalidad: Realizar la instalación de un punto de luz controlador desde tres posiciones empleando para ello dos conmutadores y uno de cruzamiento. Descripción: El control de un punto de luz desde más de dos posiciones, que es el límite del montaje de la práctica anterior, implica el empleo de inversores o conmutadores de cruzamiento, cuya función es, conforme a su denominación, invertir las fases de la red ante cada maniobra. La figura 2.142 muestra el circuito propuesto, que incluye los dos conmutadores de la práctica anterior y este nuevo componente de cruzamiento (CX). 24 V Fig. 2.142 Esquema del circuito propuesto Por razones obvias, se pueden intercalar tantos inversores de cruzamiento como se desee. Equipamiento necesario: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 234 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. MATM-38. Módulo de alimentación. MC-18. Módulo de iluminación. Cables de interconexión Procedimientos: a) Instalar los módulos de la alimentación. b) Instalar los módulos específicos de esta práctica c) Comprobar con el polímetro el cruce que se produce entre los contactos de la entrada respecto de la salida de los conmutadores de cruzamiento ante cada maniobra. Compararlo con el conmutador. d) Cablear los módulos específicos conforme al esquema de la figura 2.142 y comprobar que el punto de luz se puede controlar indistintamente desde los tres mecanismos. CUESTIONES: • • • • • ¿Se puede utilizar un conmutador simple como uno de cruzamiento? ¿Por qué?. ¿Se puede utilizar uno de cruzamiento como conmutador simple? ¿Por qué?. ¿Se puede utilizar uno de cruzamiento como interruptor? ¿Por qué?. ¿Qué ocurre si en el circuito de la figura se avería un conmutador?. ¿Enunciar algunas de las aplicaciones reales que puede tener el circuito montado en instalaciones domesticas. NOTAS: PRÁCTICA Nº 2.11.4 INSTALACIÓN DE UN TUBO FLUORESCENTE Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 235 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Finalidad: Realizar el montaje de un tubo fluorescente, con todos sus componentes. Esta práctica se hace a tensión de red. Descripción: El montaje propuesto es el de la figura siguiente, en la que se podrá observar que corresponde al montaje convencional con reactancia y cebador. Fig. 2.143 Componentes que forman el montaje de un fluorescente Por razones didácticas se ha incorporado al esquema el interruptor magnetotérmico, aunque no se emplee como módulo en esta práctica. Equipamiento necesario: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 236 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. MATM-38. Módulo de alimentación. MC-18. Módulo de iluminación. ME-17N. Módulo con tubo fluorescente. Cables de interconexión Procedimientos: a) Instalar los módulos de la alimentación. b) Instalar los módulos específicos de esta práctica y cablearlos conforme muestra la figura 2.143. c) Accionar un interruptor del módulo MC-18 y comprobar que se enciende el tubo. Retirar un cable del cebador y comprobar que se mantiene encendido porque su acción ha sido solo de inicio, para cebar el tubo. Comprobar que sin el cebador, el tubo no se ceba de nuevo y por tanto no se enciende. CUESTIONES: • • • • ¿Cuál es la función del cebador?. ¿Si con el tubo encendido, se quita el cebador ¿Se apaga el tubo? ¿Por qué?. ¿Es posible encender el tubo sin cebador? ¿cómo y por qué?. ¿Se puede sustituir el cebador por un interruptor?, ¿Y por un pulsador?. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 237 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRÁCTICA Nº 2.11.5 CONTROL DE LAMPARAS MEDIANTE UN RELE INTERRUPTOR Finalidad: Realizar el montaje de control de dos lámparas mediante un relé del módulo RL-1 a modo de un interruptor. La tensión de alimentación de esta práctica es la de 24 V AC procedente del módulo MATM-38. Descripción: Los relés electromecánicos pueden ser empleados como interruptores o conmutadores con la ventaja de gobernar grandes potencias con muy reducidas corrientes de control, por ejemplo con pequeños interruptores y pulsadores con los que alimentar su bobina que cierre los contactos de potencia. La figura 2.144 muestra el circuito propuesto que, aunque no gobierna grandes potencias, solo dos lámparas de reducido consumo del módulo MC-18, pone de manifiesto el modo de conexión y control. Fig. 2.144 Esquema del circuito propuesto Equipamiento necesario: MATM-38. Módulo de alimentación. MC-18. Módulo de iluminación. RL-1. Módulo con relés. Cables de interconexión Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 238 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos específicos de esta práctica y cablearlos conforme muestra la figura 2.144. b) Activar el interruptor elegido del módulo MC-18 y comprobar que las lámparas se encienden como consecuencia de la alimentación del relé. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 239 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. PRACTICA Nº2.11.6 CONTROL DE LAMPARAS MEDIANTE UN RELE CONMUTADOR Finalidad: Realizar un montaje de control de dos lámparas mediante un relé conmutador del módulo RL-1. La tensión de alimentación de esta práctica es de 24 V AC procedente del módulo MATM-38. Descripción: Este montaje es complementario al de la práctica anterior. En esta se emplea el relé como conmutador entre dos puntos de luz. En reposo está encendida una lámpara aprovechando los contactos normalmente cerrados (NC) del relé y al alimentar su bobina cambia la posición del cursor de su conmutador, con lo que se enciende el otro punto de luz. La figura 2.145 muestra el circuito propuesto. Fig. 2.145 Esquema del circuito propuesto Equipamiento necesario: MATM-38. Módulo de alimentación. MC-18. Módulo de iluminación. RL-1. Módulo con relés. Cables de interconexión Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 240 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. Procedimientos: a) Instalar los módulos de la alimentación. b) Instalar los módulos específicos de esta práctica y cablearlos conforme muestra la figura 2.145. c) Comprobar que con el relé en reposo (el interruptor de red abierto) está encendida una lámpara y al activarlo (el interruptor cerrado) se apaga esa y se enciende la otra. d) Efectuar, a elección, otras prácticas de conmutación con los relés del módulo RL1. Sus contactos pueden gobernar una corriente de 8 A a 250 V. AC. NOTAS: Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 241 - 3E-Equipos Electrónicos Educativos S.L. 3. BIBLIOGRAFÍA • CONTROL ELECTRÓNICO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS. Enriquez Harper. Ediciones Limusa. • ELECTROTECNIA. Pablo Alcalde San Miguel. Edit. Paraninfo. • PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE ELECTRÓNICA. Pablo Alcalde San Miguel. Edit. Paraninfo. • EDITORIAL GENERAL. Edit. Ceac. • TRANSFORMADORES. Edit. Ceac. Valentín Beato, 11 – 28037 MADRID Tf 91 327 46 36 Fax 91 327 46 37 } e-mail: comercial@3eequipos.com -Página 242 -
