instrumentos indicadores electromagneticos2

5/8/2018 INSTRUMENTOS INDICADORES ELECTROMAGNETICOS2 - slidepdf.com

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LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRÓNICAS

INSTRUMENTOS INDICADORES ELECTROMAGNETICOS

GALVANOMETRO DE SUSPENSION:

Los primeros medidores de corriente eléctrica requeríanun galvanómetro de corriente de suspensión. Estefue el precursor del instrumento de bobina móvil,básico para la mayoría de los indicadores de cdusados.

Una bobina de alambre fino es suspendida en uncampo magnético que produce un imánpermanente. De acuerdo con las leyesfundamentales de fuerzas electromagnéticas, la

bobina gira en el campo magnético cuando en ellacircule una corriente eléctrica. El filamento fino desuspensión de la bo bina alimenta de corriente a la bobina, y la elasticidad delfilamento ejerce un par moderado en sentido opuesto a la rotación de la bobina.Esta continúa en deflexión hasta que el par electromagnético equilibre el contrapar mecánico de la suspensión. Así la deflexión de la bobina es una medida de lamagnitud de la corriente que circula por la bobina.

PAR Y REFLEXIÓN DE UN GALVANOMETRO:

Reflexión en estado estable: Aun cuando el galvanómetro de suspensión no es un

instrumento practico ni portátil, los principios que rigen su operación se aplican aequipos de versiones más modernas, tal como el mecanismo de bobina-móvil eimán-permanente (PMMC). La ecuación del par desarrollado que se deriva de lasleyes básicas para el par electromagnético es:

Donde




Esta ecuación indica que el par desarrollado es directamente proporcional a ladensidad de flujo del campo en el cual la bobina gira, la corriente en la bobina ylas constantes de la bobina (área y número de vueltas de alambre). Dado que ladensidad de flujo y el área de la bobina son parámetros fijos para cadainstrumento, el par desarrollado es una indicación directa de la corriente en la

bobina. El par hace que la bobina deflexione hasta una posición en estadoestable, donde esta equilibrio por la oposición del par de los resortes de control.

Ejemplo 1: Calcular la fabricación de instrumento PMMC bajo las siguientescaracterísticas.

Comportamiento dinámico: El comportamiento dinámico de un galvanómetro sepuede observar mediante interrupciones repentinas de la corriente aplicada, demanera que la bobina regrese de su posición deflectada a su posición cero. Esto sereconoce como resultado de la inercia del sistema móvil, la aguja pasara por lamarca cero en dirección opuesta, y después oscilara alrededor del cero. Estasoscilaciones se reducen de manera gradual debido al amortiguamiento delelemento móvil y finalmente la aguja llega a su estado de reposo en cero.

REGULADOR DE VOLTAJE




Un regulador de Voltaje (también llamado estabilizador de voltaje o acondicionador devoltaje) es un equipo eléctrico que acepta una tensión de voltaje variable a la entrada,dentro de un parámetro predeterminado y mantiene a la salida una tensión constante(regulada).

Existen diversos tipos de reguladores de voltaje, los más comunes son de dos tipos:para uso domestico o industrial. Los primeros son utilizados en su mayoría paraproteger equipo de cómputo, video, o electrodomésticos. Los segundos protegeninstalaciones eléctricas completas, aparatos o equipo eléctrico sofisticado, fabricas,entre otros. El costo de un regulador de voltaje estará determinado en la mayoría de loscasos por su calidad y vida útil en funcionamiento continuo.

Principios de funcionamiento

Existen diversos tipos de reguladores en el mercado, los cuales se clasifican deacuerdo al principio de regulación que utilizan. Los más importantes son:

• Los reguladores electromecánicos basan su principio de funcionamiento en unauto transformador de columna, sobre la cual se dispone un cursor accionadopor un servomotor, que en su recorrido suma o resta espiras. Este movimientode auto ajuste es controlado por un comando electrónico, que se activa cada vezque la tensión de salida se desvía de su valor de calibración, ajustándoseautomáticamente y con ello mantiene permanentemente el voltaje de salidaestable. Las ventajas que ofrece este principio son que cuenta con una altaprecisión de voltaje +/- 1.5% y eficiencia del 99%, teniendo capacidad desobrecarga de hasta 500% sin generación de contenido armónico.

• Los reguladores electrónicos o a veces llamados acondicionadores, utilizanmicroprocesadores para regular el voltaje de manera monofásica. Su tiempo derespuesta y velocidad de regulación son muy rápidos además de ser económicos en comparación a los otros tipos. Los rangos de voltaje de entradason reducidos y la precisión del voltaje de salida es de +/- 3% a +/- 5%. Ademássu diseño propicia que se desconecten para autoprotegerse en condicionesextremas de alto y bajo voltaje tendiendo a fallar y generando costos demantenimiento, si es que pueden ser reparados, lo que puede ser muy costoso oen otras palabras, los convierte en productos de corta duración.

• Los reguladores ferrosonantes son diseñados para proveer voltaje regulado a

través de un núcleo el cual esta magnéticamente saturado a determinado voltajey frecuencia. Los problemas se hacen claros al generar armónicos, siendo muysensibles a cambios de frecuencia y teniendo una eficiencia del 70-80%. Ellosignificará que solamente por tener al regulador conectado va a consumir enpromedio 15-25% de su capacidad. Energía que pagara el usuario además deprovocar calentamiento lo que reducirá la vida útil del mismo.

Beneficios de contar con un Regulador de Voltaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n




Funcionamiento permanente y seguro de todos sus equipos, las variaciones de voltajede la red eléctrica no afectarán el funcionamiento, la calidad de sus procesos ytiempo de fabricación.

o Eliminar los recursos económicos gastados innecesariamente,

aprovechando todo el potencial instalado: recursos técnicos, humanos,

materiales, y de tiempo.o Incremento en la productividad y eficiencia del sistema protegido así como

aumento de la vida útil de sus equipos.

Regulador adecuado

La capacidad de los reguladores se mide en kVA. Para seleccionar el equipo queUsted necesita será necesario conocer cuatro puntos importantes:

oVoltaje de entrada o alimentación de los equipos a proteger : Es la

tensión de salida del regulador y de entrada que requerirá su maquinaria,

equipos o instalaciones para su correcto funcionamiento. Puede ser localizado en la placa de datos o manual de instalación del equipo omaquinaria a proteger. La tensión de la red eléctrica variará de un país aotro así como el voltaje de alimentación de sus equipos dependiendo de suorigen.

oConsumo de los equipos: Datos localizados en la placa de datos o

manual de instalación del equipo o maquinaria, puede estar expresado en:- Watts para equipos monofásicos y Kilowatts en sistemas trifásicos (1 kW=

1000 watts) - Amperes - HP

oCampo de regulación del equipo: Es la capacidad que tiene el

regulador de corregir las variaciones de voltaje de la línea eléctrica.Cuando el campo de regulación es insuficiente podemos fabricar un equipocon un rango adecuado a la necesidad. Para este caso es necesariomonitorear o graficar la línea de alimentación para determinar los limitesmáximo y mínimo de variación de la línea.

oNúmero de fases de alimentación de los mismos: Se determina a

través de la placa de datos o manual de instalación del equipo omaquinaria a proteger. Los sistemas eléctricos convencionales pueden ser:- Monofásicos - Bifásicos con neutro - Bifásicos sin neutro (para equiposmonofásicos de 220 V) - Trifásicos




MULTIMETRO

Un multímetro, a veces también denominado polímetro otester , es un instrumento de medida que ofrece laposibilidad de medir distintos parámetros eléctricos ymagnitudes en el mismo aparato. Las más comunes sonlas de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizadofrecuentemente por personal en toda la gama deelectrónica y electricidad.

COMO MEDIR CON EL MULTÍMETRO DIGITAL

- Midiendo voltajes:

Para medir una tensión, colocaremos las bornas en las clavijas, y no tendremos másque colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo quequeremos es medir voltaje absoluto, colocaremos la borna negra en cualquier masa (uncable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borna en el punto a medir. Silo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos másque colocar una borna en cada lugar.

- Midiendo resistencias:

El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones.Basta con colocar la ruleta en la posición de Ohmios y en la escala apropiada altamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuántos Ohms tiene laresistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, eiremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que mas precisión nos da sinsalirnos de rango.

- Midiendo intensidades:

El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar demedirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable paraintercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro deltester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con las bornaspuestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir.

http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93hmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93hmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad




Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, yconfiguraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de Amperios de mascapacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borna negra en clavija común COM).Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos acerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borna del tester

en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos.

1. EL VOLTÍMETRO

El voltímetro es un aparato que mide la diferencia de

potencial entre dos puntos. Para efectuar esta

medida se coloca en paralelo entre los puntos cuya

diferencia de potencial se desea medir. La diferencia

de potencial se ve afectada por la presencia del

voltímetro. Para que este no influya en la medida,

debe de desviar la mínima intensidad posible, por lo

que la resistencia interna del aparato debe de ser grande.

Se representa con el símbolo:

Un voltímetro está constituido por un galvanómetro y una resistencia serie.

La resistencia interna del voltímetro es:

La diferencia de potencial se puede medir como:

Como es conocida, la medida de la intensidad , permite obtener la diferencia de

potencial. La resistencia serie debe de ser grande, para que la intensidad que circule

por el voltímetro sea despreciable. Se puede cambiar de escala sin más que cambiar la

resistencia serie.

Un dispositivo que mide diferencias de potencial recibe el nombre de voltímetro. La

diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en el circuito puede medirse

uniendo simplemente las terminales del voltímetro entre estos puntos sin romper el

circuito. La diferencia de potencial en el resistor se mide conectando el voltímetro en

paralelo con . También en este caso, es necesario observar la polaridad del

instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe conectarse en el extremo del

resistor al potencial más alto, y la terminal negativa al extremo del potencial más bajo

del resistor. Un voltímetro ideal tiene resistencia infinita de manera que no circula

corriente a través de él. Esta condición requiere que el voltímetro tenga una resistencia

que es muy grande en relación con . En la práctica, si no se cumple esta condición,

debe hacerse una corrección respecto de la resistencia conocida del voltímetro.




El voltímetro debe tomar solamente una corriente pequeña que no perturbe

apreciablemente el circuito donde se conecta. La recíproca de la corriente total es

usada a menudo como una medida de, esta propiedad.

2. CORRIENTE ALTERNA Y CONTINUA

La corriente continua (CC o DC) se genera a partir de un flujo continuo de electrones(cargas negativas) siempre en el mismo sentido, el cual es desde el polo negativo dela fuente al polo positivo. Al desplazarse en este sentido los electrones, los huecos oausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir,desde el polo positivo al negativo.

Por convenio, se toma como corriente eléctrica al flujo de cargas positivas, aunque éstees a consecuencia del flujo de electrones, por tanto el sentido de la corriente eléctricaes del polo positivo de la fuente al polo negativo y contrario al flujo de electrones ysiempre tiene el mismo signo.

La corriente continua se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo deelectrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de ésta (designo continuo), y en la gráfica V-t (tensión tiempo) se representa como una línea rectade valor V.

Ej.: Corriente de +1v

En la corriente alterna (CA o AC), los electrones no se desplazan de un polo a otro,sino que a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su

centro, dentro de un mismo entorno o amplitud, a una frecuencia determinada (número

de oscilaciones por segundo).




Por tanto, la corriente así generada (contraria al flujo de electrones) no es un flujo en unsentido constante, sino que va cambiando de sentido y por tanto de signocontinuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones.

En la gráfica V-t, la corriente alterna se representa como una curva u onda, que puede

ser de diferentes formas (cuadrada, sinusoidal, triangular...) pero siempre caracterizadapor su amplitud (tensión de cresta positiva a cresta negativa de onda), frecuencia(número de oscilaciones de la onda en un segundo) y período (tiempo que tarda en dar una oscilación).

Ej.: Corriente de 2Vpp (pico a pico) de amplitud, frecuencia 476'2 Hz (oscil/seg)

También se pueden emplear corrientes combinación de ambas, donde la componente

continua eleva o desciende la señal alterna de nivel. Ej.: Aplicando las dos señalesanteriores, tenemos:

3. AMPERÍMETROS DE CD

R_m

R_s

I I_s I_m




a) Resistor de derivación: El movimiento básico de un amperímetro cd es un

galvanómetro PMMC. puesto que devanado de la bobina del movimiento básico es

pequeño y ligero, solo puede conducir corrientes muy pequeñas. Cuando se miden

corrientes elevadas es necesario desviar la mayor parte de la corriente por una

resistencia, llamada de derivación (shunt).

La resistencia de derivación se calcula aplicando un análisis convencional de

circuitos donde:

Ya que la resistencia de derivación esta en paralelo con el movimiento del medidor,

el voltaje a través de la resistencia y el movimiento deben ser iguales, por lo tanto

se puede escribir

O

Como , se puede escribir:

Para cada valor de corriente necesaria a escala completa del medidor, se puede

calcular el valor de la resistencia de derivación (shunt) requerida.




b)Derivación de Ayrton: La

escala de corriente del amperímetro

cd se puede extender mediante

varias resistencias de derivaciones,

seleccionadas por un interruptor de

rango. Tal medidor se llama

“amperímetro multirrango”. La figura

muestra el diagrama esquemático

de un amperímetro multirrango. El

circuito tiene 4 derivaciones,

, que se pueden

colocar en paralelo con el movimiento para dar cuatro escalas de corrientes

diferentes. El interruptor “S” es de multiposición, del tipo que hace conexión antes-

de-desconectar, de manera que

el movimiento no se veaafectado cuando el circuito se

queda sin protección, sin

derivación, al cambio de rango.

Ejemplo 2: Diseñe un

amperímetro con derivación de

Ayrton para escalas de corriente

de 1A, 5A y 10A. Se utiliza un

galvanómetro D’Arsonval con una

resistencia interna de ,

una corriente de deflexión a escala

completa de 1mA.

Solución:

Para la escala de ; están en paralelo con la bobina móvil de . Dado

que el movimiento necesita un para la deflexión de escala completa, se requiere que en la

derivación circule una corriente de .

Ra Rb Rc Rd

S

R_c1 A

5 A

10 A

R_b

R_a

R_m




Para la escala de están en paralelo con . En este caso

abra una corriente de a travez de la bobina móvil y el resistor en serie, así

como a través de .

Para la escala de sirve como derivación y están en serie con la

bobina móvil. La corriente a través de ella es otra vez y en la derivación circulan

los restantes la ecuación anterior da:

Al resolver las tres ecuaciones simultáneas se obtiene:

Al restar se obtiene:

Similarmente,

Al restar se obtiene

La sustitución del valor calculado de en esta expresión da:




DATOS HECHOS EN LABORATORIO:

MEDIDA REGULADOR DEVOLTAJE

MEDIDA DE CORRIENTEALTERNA

MEDIDA DE CORRIENCONTINUA

MAX 149.1 86.0 29.7

MIN 1.1 3.0 0.03

RESISTENCIA = 56 Ω

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