02 - Informe Laboratorio 02, Reva (1).docx

Circuito rectificador de corriente alterna a continua INFORME N°02 FIGMM |Ingeniería Eléctrica | 29/01/19

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica

CIRCUITO RECTIFICADOR DE CORRIENTE ALTERNA A CONTINUA INFORME N°02 Curso: INGENIERÍA ELÉCTRICA Sección: ME315-R Profesor: Ing. Guerrero Villalba Juan Carlos Integrantes del grupo: 1.

Custodio Sosa, Josseline Patricia

20172112F

2.

Cabanillas Meneses, Shurik Samuel

20175506E

3.

Curi Huaina, Jean Franco

20160664I

4.

Huamani Huillcapuma, Michael

20173005I

5.

Lima Lahuanampa, Yonatan

20161271K

6.

Ramirez Oscco, Roger

20172098C

7.

Rojas Gomez, Elan

20172162C

Fecha de realización: 22/01/19 Fecha de presentación: 29/01/19

TABLA DE CONTENIDO 1

4

2

4

2.1

4

2.2

4

2.3

5

3

5

3.1

5

3.2

5

3.3

6

3.4

6

3.5

6

3.6

7

3.7

7

3.8

7

3.9

8

4

8

5

8

5.1

Error! Bookmark not defined.

5.2

8

6

9

7

9

8

9

Referencias bibliográficas Anexos Ejercicios resueltos

9

INGENIERÍA ELÉCTRICA "LABORATORIO Nº2" 2019 Circuito Rectificador de Corriente Alterna a Continua J. Custodio, S. Cabanillas, J. Curi, M. Huamani, Y. Lima, R. Ramirez, E. Rojas FIGMM/UNI Facultad de Ingeniería de Minas Lima, Rímac - 25 Resumen. El presente documento es un informe técnico del "Laboratorio Nº 2" para el curso de Ingeniería eléctrica que es dictado en la Universidad Nacional del Ingeniería (UNI – FIGMM) en Lima – Perú (Ciclo 2018-III). El objetivo del trabajo es convertir la corriente alterna de 220 VAC a corriente continua de 12VDC a través de un circuito rectificador.

1

Objetivo

Convertir corriente alterna de 220 VAC a corriente continua de 12VDC a través de un circuito rectificador.

2 2.1

Equipos, accesorios herramientas Accesorios

●

Puente de diodo

●

Condensador

●

Rectificador de voltaje

●

y ●

Cables de conexión

●

Resistencia

2.2

Equipos

●

Protoboard

●

Transformador

Resistencia variable

Fig. 1. Partes del Protoboard

●

Multitester

A) Canal central: Es la región localizada en el medio del protoboard, se utiliza para colocar los circuitos integrados. B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí. C) Pistas: La pistas se localizan en la parte central del protoboard, se representan y conducen según las líneas rosas.

●

Multímetro de laboratorio FLUKE 8846 (6 DÍGITOS)

3.2

Transformador

Consta de dos bobinas sobre un mismo núcleo de hierro (primario y secundario), son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo (Galicia, 2019).

2.3

Herramientas ●

Alicate corta cables y desarmadores

Fig. 2. Esquema del transformador

3 3.1

Fundamento Teórico Protoboard

La protoboard (breadboard en inglés) es una placa que posee unos orificios conectados eléctricamente entre sí siguiendo un patrón horizontal o vertical. Es empleada para realizar pruebas de circuitos electrónicos, insertando en ella componentes electrónicos y cables como puente (TuElectronica.es, 2019).

La corriente que circula por la bobina primaria (el cual está conectado a la red), genera corriente magnética por el núcleo del transformador, asimismo, será más fuerte cuantas más espirales (vueltas) tenga. En la bobina secundaria ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del número de espiras del primario). Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espirales de primario y secundario. Como fórmula general se dice que: V1 = V2 * (N1/N2) Donde N1 y N2

son el número de espiras del primario y el del secundario respectivamente. Para el caso de pasar de 220V a 12V se puede conocer la relación de espirales: N1/N2 = V1/V2 = 220/12 = 18,33. Para determinar la relación de corrientes se usa la relación: I2 = I1 x (N1/N2) Donde I1 e I2 son las corrientes de primario y secundario respectivamente.

3.3

Puente de diodo

El puente de diodos o rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna (Vi.) en corriente continua (V0). Se tiene dos tipos de rectificación: rectificación de media onda (Fig. 3) y rectificación de onda completa (Fig. 4).

Fig. 6. Esquema de un condensador

La capacidad de almacenar carga eléctrica se le llama Capacitancia y se expresa como: 𝐶=

𝐶 𝐶

Donde: C: Capacitancia en faradio (f) Fig. 3. Rectificador de media onda. Este circuito trunca a cero todos los semiciclos de una misma polaridad de la c.a. y deja igual a los semiciclos de la polaridad contraria.

Q: Carga en eléctrica en coulomb (C) V: Diferencia de potencial en voltios (V) Función del condensador en el rectificado de onda completa (Oropeza, 2014).

Fig. 4. Este circuito genera una señal de c.c. a partir de una señal de c.a. invirtiendo todos los semiciclos de una misma polaridad para igualarlos a la otra.

Fig. 5. Esquema de transformador con puente diodo

El condensador rectifica la onda y deja de ser una señal semi sinusoidal para pasar a ser una señal con alto contenido armónico.

Fig. 7. Tiempo de carga y descarga del capacitor para bajo rizado en el voltaje de salida.

𝐶=

𝐶𝐶𝐶 2𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 ∗ 10−6

Donde: C: Capacitancia en µF,

3.4

Condensador

Un condensador o capacitor es un componente capaz de almacenar carga eléctrica (energía), cuenta con dos placas que no llegan a tocarse y entre ellas existe un elemento dieléctrico (material con baja conductividad eléctrica) lo que genera una diferencia de voltaje.

Vpp: Voltaje de rizado deseado en voltios, Vcc: Voltaje promedio de salida (V), R: La resistencia equivalente de carga en la salida. F: Frecuencia de la red de alimentación Para calcular Vcc se puede utilizar: 𝐶𝐶𝐶 = 𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶

3.5

Rectificador de voltaje

Es un dispositivo electrónico que cuenta con 3 pines y se alimenta de una cantidad de tensión

determinada, tiene la capacidad de regular voltaje positivo básicamente es un dispositivo.

TABLA 1 ESCALAS QUE HEMOS UTILIZADO Magnitud

Escala (Mínima a máxima)

Voltaje (V) (continuo)

200m, 2 , 20, 200, 1000

Voltaje (V) (alterno)

2, 20, 200, 750

Corriente (continua)

2m, 20m, 200m, 20

(A)

Corriente (A) (alterna)

20m, 200m, 20

Resistencia (Ω)

200, 2k, 20k, 200k, 2M, 20M, 200M

Frecuencia (Hz)

20k

Capacitancia (F)

2n, 20n, 200n, 2u, 20u

Fig. 8. Esquema de un rectificador de voltaje. (1) Tensión de entrada, (2) Masa, (3) Tensión de salida.

3.6

Resistencia Variable

Un potenciómetro es un dispositivo conformado Fuente: Elaboración propia. por 2 resistencias en serie, las cuales poseen 3.8 Circuito valores que pueden ser modificados por el usuario (PANAMAHITEK, 2019).

Fig. 9. Diagrama de potenciómetro y sus partes.

Los potenciómetros que encontramos en el mercado vienen con un valor de resistencia determinado. Estos valores han sido estandarizados y sólamente encontraremos valores de resistencia específicos, por ejemplo 1K, 5K, 10k, 50k, 100k, etc. (PANAMAHITEK, 2019).

3.7

Multímetro o multitester

El multímetro o multitester digital (PRASEK PR-85) utilizado en la experiencia realiza mediciones de voltaje (alterno y continuo), corriente (alterno y continuo), resistencia, capacitancia, frecuencia, comprobación de diodos, temperatura (utilizando una termocupla). Su uso es principalmente en circuitos de baja potencia (más para el tema de electrónica). Las escalas que utiliza para medir las magnitudes antes mencionadas. Ver TABLA 1.

rectificador de voltaje

●

Etapa de reducción o Transformación: Consiste en reducir el voltaje (VAC) que ingresa al circuito eléctrico, este proceso se realiza usando un transformador.

●

Etapa de rectificación: Consiste en rectificar el voltaje (VAC senoidal) ya reducido en la etapa anterior a corriente continua (VDC en pulsos). Este proceso se realiza usando un puente diodo.

●

Etapa de filtrado: Consiste en transformar ondas eléctricas (VDC en pulso) a una forma semi lineal. Este proceso se realiza usando un condensador.

●

Etapa de Auto regulado: Consiste en regular el voltaje y mantenerlo de forma constante. Este proceso se realiza usando un rectificador de voltaje.

Parte 2 Paso 1: Luego de verificar que el circuito de rectificación (circuito 3a) funcione correctamente, además, salga una corriente continua de 12VDC, Paso 2: Armar el circuito en serie.

Fig. 10. Circuito Rectificador de Corriente Alterna a Continua.

3.9

Circuito en serie de corriente continua

Paso 3: Variar la resistencia y realizar las mediciones de Voltaje e intensidad para cada variación.

5

Resultados

5.1

}

4

Procedimiento

Circuito de Rectificación de corriente

Fig. 11. Resultado de medición del Circuito Rectificador de Corriente Alterna a Continua.

5.2

Circuito en serie

Parte 1 Paso 1: Conectar el transformador al protoboard Paso 2: Insertar el puente diodo al protoboard, y conectamos el transformador puente diodo en sus filamentos centrales (no se tiene en cuenta la polaridad). De los extremos del puente diodo saldrá energía (12VAC). El polo positivo se conecta con el polo positivo del condensador, y polo negativo va a tierra. Paso 3: Insertar el condensador al protoboard, al condensador llega 12VAC del puente diodo. Este último se conecta al polo positivo del condensador. Del condensador sale 12VAC de su polo positivo y va al polo positivo del rectificador. El polo negativo va a tierra. Paso 4: Insertar el rectificador al protoboard, llega a este último 12VAC del condensador y sale por el polo positivo 12VDC. El polo negativo se conecta a tierra. Paso 5: Ajustar las conexiones del circuito y proceder con verificar la salida de corriente con el multímetro.

Fig. 12. Circuito en serie TABLA 2 RESULTADO DE MEDICIONES Nº MEDICIÓN 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fuente: Elaboración propia.

R1(Ω) 0.213k O.215312K 4,6k 4,43k 4,18k 3,94k 3,9k 3,28k 2,8k 2,45k 1.94k 1.55k

I (mA)

6

Conclusiones ●

●

La voltaje nominal de ingreso fue de 220VAC, a la salida del transformador se midió en 12VAC, y a la salida del circuito 1, se midió 12 VDC. No se pudo medir la intensidad de corriente en el circuito 2. Esto se debe a la precisión del Multímetro.

●

Tener en cuenta las especificaciones técnicas de los materiales y quipos para no sobrepasar los límites máximos de su capacidad, y de esta manera no generar calentamientos y/o desgaste.

●

Tener presente que se debe de respetar la polaridad de algunos accesorios como por ejemplo del capacitor o del rectificador de voltaje ya que de no respetarse esto se podrían dañar estos.

●

Presión bien los equipos al momento de conectarlos al protoboard, de no presionarse bien esto se puede correr el riesgo de no haberse cerrado completamente el circuito dándose como resultado una diferencia de potencial resultante mucho menor a 12v.

● ●

7

Observaciones ●

●

●

●

●

8

Al momento de realizar las mediciones de la intensidad de corriente (I) en el circuito 2, arrojó valores despreciables (0,0A). Esto es debido la precisión del multímetro no llega a valores del orden. de 0.5A. Para realizar mediciones con una precisión hasta de 6 dígitos, se utilizó el multímetro de laboratorio FLUKE 8846 (6 DIGITOS), sin embargo, no se pudo completar las mediciones, debido a la capacidad del potenciómetro. Al momento de realizar la medición con el multímetro de laboratorio, el potenciómetro empezó a calentarse hasta humear. Esto es debido a que la capacidad del potenciómetro es limitada. Antes de prender el circuito se verificó si cada polaridad estaba bien enlazada para ello se analizó cada polaridad por separado haciendo un circuito cerrado con cada polaridad, si este circuito estaba bien unido el multímetro debía de emitir un sonido. Al momento de realizar la medición con el multímetro para medir el voltaje nominal de ingreso, a la salida del transformador se midió un voltaje que variaba mucho por ello solo se tomó las mediciones de un solo grupo; debido a que esto indicaba que el transformador estaba dañado.

Recomendaciones ●

Antes de iniciar el armado del circuito se debe verificar que las conexiones eléctricas funcionen de manera adecuada, asimismo, limpiar el aislamiento de los cables.

9 Referencias bibliográficas Galicia, X. d. (26 de Enero de 2019). Xunta de Galicia. Recuperado el 2019, de http://www.edu.xunta.gal/centros/iesarc ebispoxelmirez2/system/files/fonte%20 de%20alimentaci%C3%B3n.pdf Jaén, E. P. (s.f.). Expo100EPSjaén. Obtenido de https://sites.google.com/site/expo100ep sjaen/indice/Componentes/diodos/puent e-de-diodos Oropeza, L. A. (2014). Aproximación exponencial para cálculo de capacitor en rectificador de onda completa. Instituto Tecnológico de Celaya. México: Pistas Educativas, No. 108. PANAMAHITEK. (2019). Obtenido http://panamahitek.com/que-es-ycomo-funciona-un-potenciometro/

de

TuElectronica.es. (26 de Enero de 2019). Tu Electrónica. Obtenido de https://tuelectronica.es/que-es-laprotoboard/

10 Anexos Anexos 1 PARTES DEL MULTÍMETRO

Anexos 2 MANUAL DE USO DEL MULTÍMETRO

11

Ejercicios resueltos

Libro: Análisis de circuitos Autor: Salvador CAPÍTULO I: EJERCICIO 4:

SOLUCIÓN:

Sea: WL: La energía almacenada en el inductor. L: L a inductancia. I: La intensidad de corriente. a. Hallando WL : 1 𝑊𝐿 = 𝐿𝐼 2 2 1 𝑊𝐿 = (1)(102 ) 2 𝑊𝐿 = 50 𝐽 b. Hallando WL cuando la fuente es cortocircuitada:

1 𝑊𝐿 = 𝐿𝐼 2 2 1 𝑊𝐿 = (1)(02 ) 2 𝑊𝐿 = 0 EJERCICIO 8:

SOLUCIÓN: El circuito del lado derecho es independiente, pues están unidos solo por un alambre AB y por este no circula corriente, entonces analizando el circuito de interés: ∑ 𝑉𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 = ∑ 𝑉𝑠𝑢𝑏𝑖𝑑𝑎 S25𝐼 + 35𝐼 + 40𝐼 = 100 a100𝐼 = 1 a 𝐼 = 1𝐴 Hallando Vx: A𝑉𝑥 = 𝐼𝑅 A𝑉𝑥 = (1)(40) A𝑉𝑥 = 40 𝑉 Hallando el voltaje respecto atierra: 𝑉𝐴 − 𝑉𝑋 = −200 𝑉 𝑉𝐴 − 40 𝑉 = −200 𝑉 𝑉𝐴 = −160 𝑉 EJERCICIO 9:

SOLUCIÓN:

Redibujando el circuito se tiene:

Al ver el circuito se observa: 𝑉0(𝑡) = 𝑉1(𝑡) + 𝑅1 𝑖1 = 𝑉2(𝑡) + 𝑅1 𝑖2 Aplicando la 1ra ley de Kirchhoff en “o”: ∑𝑖 = 0 𝑖0 + 𝑖1 + 𝑖2 = 0 … … (𝑎) 𝑖0 =

𝑉0(𝑡) , 𝑅𝑜

𝑖1 =

𝑉0(𝑡) − 𝑉1(𝑡) 𝑉0(𝑡) − 𝑉2(𝑡) 𝑦 𝑖2 = 𝑅1 𝑅1

Reemplazando las intensidades en “a”: 𝑉0(𝑡) 𝑉0(𝑡) − 𝑉1(𝑡) 𝑉0(𝑡) − 𝑉2(𝑡) + + =0 𝑅𝑜 𝑅1 𝑅1 2𝑉0(𝑡) − (𝑉1(𝑡) − 𝑉2(𝑡) ) 𝑅1 = −𝑅0 [ ] … . (𝑏) 𝑉0(𝑡) Por el dato del ejercicio: 1

AAAAAAAAAAA 𝑉1(𝑡) + 𝑉2(𝑡) = 𝑉0(𝑡) → 6

𝑉1(𝑡) + 𝑉2(𝑡) = 6𝑉0(𝑡) …. (c)

Reemplazando (c) en (b): 𝑅1 = −𝑅0 [

2𝑉0(𝑡) − 6𝑉0(𝑡) −4𝑉0(𝑡) ] = −𝑅0 [ ] = 4𝑅0 𝑉0(𝑡) 𝑉0(𝑡)

Según dato del ejercicio 𝑅0 = 1Ω entonces: 𝑅1 = 4𝑅0 = 4(1 ) 𝑅1 = 4Ω EJERCICIO 13:

SOLUCIÓN: Según el ejercicio la inducción aumenta en proporción al cuadrado del número de espiras entonces: En la bobina de 10 espiras: 𝐿1 =𝑘(10)2 … … (𝑎) En la bobina de 20 espiras: 𝐿2 = 𝑘(20)2 … … . (𝑏)

Además sea:

WL: La energía almacenada en el inductor. 1

1

A𝑊𝐿 = 2 𝐿𝐼 2 → 4 = 2 𝐿1 (2)2 → 𝐿1 = 2 𝐻𝑟 Entonces el valor que tendría una bobina de 10 espiras es 2 𝐻𝑟. Reemplazando en “a” hallaríamos el valor de k: 𝐿1 =𝑘(10)2 → 2 =𝑘(10)2 → 𝑘 =

2 102

Reemplazando en “b” hallaríamos el valor que tendría una bobina de 20 espiras: 𝐿2 =

2 102

(20)2 → 𝐿2 = 8 𝐻𝑟