20121212-Electrotecnia y Electrónica Industrial - Libro

IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del TotoralELECTROTECNIA Y ELECTRONICA INDUSTRIAL Unidad Nro 1: ¿Qué es la electrotecnia? La Electrotecnia es la aplicación práctica de la electricidad y también del magnetismo; de hecho, la palabra electrotecnia viene de la combinación de electro y techne; o sea, es la tecnología eléctrica, donde se encuentran componentes tales como motores eléctricos, interruptores, condensadores, contactores, equipos de iluminación, etc. Los equipos electrotécnicos pueden ser tan sencillos como el circuito de una linterna hasta de un nivel tecnológico tal que combina circuitos electrónicos complejos; así son muchos de los cuadros de control que se encuentran en la industria. Por ejemplo, en un cuadro eléctrico de control clásico de un ascensor se encuentran componentes eléctricos tales como pulsadores, detectores finales de carrera, contactores, fusibles, motores trifásicos, etc. Y modernamente, pero ya desde hace bastante tiempo, en dichos cuadros de control se encuentran también placas con sistemas electrónicos microprocesadores o autómatas programables. Por otra parte, también se encuentran sistemas muy sofisticados en instalaciones domésticas, es el caso de la domótica. De hecho, la electrónica es una extensión de la electricidad, aparecida como consecuencia de los avances en la evolución de la tecnología eléctrica, y que se basa también en la electricidad (todo sistema electrónico, por simple o complicado que sea, se alimenta con energía eléctrica, y por tanto ya existe un proceso eléctrico). Por ello, dentro del programa oficial de electrotecnia se encuentra también una parte considerable de electrónica. El programa de materias de electrotecnia en ciclos formativos es muy amplio y ambicioso, pero la realidad, tiempo y necesidades profesionales obligan a distinguir aquellas materias que constituyen la base fundamental necesaria; lo cual se ha procurado hacer en este libro, de manera que no sea un libro más de electrotecnia: resulte ameno, y sobre todo didáctico y fundamental en materias. Principios fundamentales de la electricidad En principio, se puede decir que la electricidad es un tipo de energía, y como tal, capaz de realizar trabajo. Ejemplo de sus aplicaciones prácticas son los motores, calefactores, lámparas, etc. Y de la misma manera que ocurre con la fuerza magnética, no nos resulta visible, pero su existencia queda claramente manifiesta por los efectos que produce. La fuerza de origen magnético (generada por cuerpos magnetizados) actúa sobre ciertos tipos de materiales (los denominados ferromagnéticos), lo cuales pueden ser influidos por dicha fuerza. Página 1 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Pues también existe fuerza de origen eléctrico, generada por cuerpos con carga eléctrica, invisible, pero también capaz de producir una fuerza sobre otros cuerpos. Se pueden encontrar experimentos de este tipo en, por ejemplo, museos de la ciencia, siendo uno característico el movimiento de atracción (o repulsión) entre dos esferas cargadas eléctricamente. De hecho, todos nos podemos encontrar en algún momento con estas manifestaciones físicas de la electricidad: al peinarnos (a veces el pelo se pone de punta, siguiendo al peine), al salir del coche y cerrar la puerta puede darnos una especie de calambre, al caminar sobre moqueta pueden aparecer chispas por los pies, etc.; todo se debe a la acción de la electricidad, originada, en estos casos, por la fricción entre dos cuerpos diferentes, los cuales pasan de ser neutros a tener una cierta carga de electricidad. Conceptos sobre moléculas, átomos y electrones Se puede decir que los principios eléctricos se encuentran en todos los tipos de materia, ya que ésta se forma por moléculas que a su vez están formadas por átomos, y en el átomo se encuentra la partícula fundamental de la electricidad: el Electrón. Los electrones son las partículas elementales de la electricidad, la mínima expresión de carga eléctrica (negativa), y lo que da lugar a la corriente eléctrica y de todas sus manifestaciones. Se puede decir que todos los sistemas eléctricos y electrónicos, desde el más elemental, como puede ser una bombilla, hasta el microprocesador más avanzado, se fundamentan en la circulación controlada de electrones. La molécula es la mínima parte que se puede obtener de una cierta materia sin que desaparezcan sus propiedades químicas, o sea, sigue conservando las mismas características del tipo de materia. Por ejemplo, si pudiéramos partir un grano de sal por la mitad, y cada trocito lo volviéramos a partir por la mitad, y así sucesivamente, se llegaría a obtener una minúscula parte de materia que ya no sería sal; obtendríamos átomos de cloro y sodio, que es la composición química de la sal común (cloruro de sodio) (fig.1.1) NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD La electricidad forma parte de la estructura de la Materia ATOMO: Es la parte más pequeña que puede existir de un cuerpo simple o elemento Está constituido por las siguientes partes: Polaridad El Núcleo: O Centro, formado por Protones que manifiestan propiedades eléctricas (Electricidad positiva +) y los Neutrones, que no manifiestan propiedades eléctricas, aunque le confieren la mayor parte de la masa al átomo.La Corteza, formada por partículas llamadas electrones, con propiedades eléctricas (carga negativa) y giran alrededor del núcleo En estado normal el átomo es eléctricamente neutro: Tiene igual cantidad de protones y electrones Cuerpo Cargado, Positivo y Negativo Un cuerpo en estado normal, no electrizado, tiene en sus átomos igual Nro de electrones que de protones Página 2 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Cuando en la estructura de un cuerpo la cantidad de electrones es superior a la de protones, este se encuentra cargado eléctricamente con carga negativa.Cuando en la estructura de un cuerpo la cantidad de electrones es inferior a la de protones, este se encuentra cargado eléctricamente con carga positiva.CARGA ELÉCTRICA: es la cantidad de electricidad de un cuerpo, es el exceso o defecto de electrones.Cargas de igual signo se repelen y cargas de distinto signo se atraen La unidad natural de carga eléctrica es la carga de un electrón (igual y de signo contrario que la del protón.) Por ser esta una carga demasiado pequeña se utiliza como unidad el COULOMBIO, que se representa con la letra “C” y equivale a la carga de 6,25 x 1018 electrones.CONDUCTORES Son cuerpos que permiten la circulación de electrones por su interior.AISLANTES Son cuerpos que no permiten la circulación de corriente por su interior CORRIENTE ELECTRICA Es la circulación de cargas eléctricas por el interior de un conductor. Si dos cuerpos con cargas distintas se unen mediante un conductor, se establece por este una circulación o corriente de electrones del cuerpo negativo al positivo. Convencionalmente se considera el sentido de la corriente como el sentido en que se mueven cargas positivas. Del polo + al polo – CLASES DE CORRIENTE ELECTRICA Corriente Continua (CC): Circula siempre en un mismo sentido Corriente Alterna (CA): Circula alternativamente en dos sentidos, variando simultáneamente su valor EFECTOS PRODUCIDOS POR LA CORRIENTE ELECTRICA Efectos Caloríficos: La corriente eléctrica produce calor al circular por un conductor Efectos Magnéticos: La corriente eléctrica crea un campo magnético alrededor del conductor por el que circula Efectos Químicos: La corriente eléctrica continua descompone algunos líquidos (electrolitos) INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA Es la cantidad de electricidad o carga eléctrica que circula por un conductor en la unidad de tiempo. Se representa con la letra I. I (Intensidad) = Q (carga) T (tiempo) Página 3 que se representa con la letra S.Resistencia de un Conductor: La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud.Unidad de Conductancia Eléctrica: La unidad de Conductancia Eléctrica es el siemens. RESISTENCIA ELECTRICA Es la dificultad que opone un cuerpo a la circulación de corriente eléctrica. que se intercala en el circuito cuya intensidad se quiere medir.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral La unidad de Intensidad de Corriente eléctrica es el AMPERIO que se simboliza mediante la letra “A” Medición de la Intensidad de Corriente Eléctrica: Se mide con un aparato llamado AMPERÍMETRO. que se representa con la letra griega omega Ω. G = 1/R Unidad de Resistencia Eléctrica: La unidad de Resistencia Eléctrica es el ohmio. según el material y la temperatura (Ω mm2/m) Página 4 .3 centímetros de longitud y de un milímetro cuadrado de sección.Se define como Ohmio a la resistencia eléctrica que presenta a 0°C de temperatura una columna de mercurio de 106. Se representa con la letra R. inversamente proporcional a su sección y depende del material y de la temperatura R=ρ l/s R: Resistencia del Conductor en Ω l: longitud del conductor en m s: Sección del Conductor en mm2 ρ: Coeficiente de resistividad.A la inversa de la resistencia eléctrica se la denomina conductancia y se la representa con la letra G. 0038 0.0052 0.0E+22 7.50 35. El Carbón y los electrolitos disminuyen su resistencia con el aumento de la temperatura El Constantan (aleación de cobre y níquel) mantiene su resistencia constante.0E+11 1.02200 0. Se mide en grados recíprocos (1/°C) Material Aluminio Manganita Advance Mercurio Bronce fosforoso α 0.00089 0.0025 0.00 5.0039 nulo 0.0042 0.05600 0.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Tabla de Resistividad Material Plata Cobre Oro Aluminio Tungsteno Hierro Acero Platino Plomo Resistividad a 23°C Ω mm2/m 0.0E+17 1.00 460000.11000 0.72000 0.00 64000.00002 0.02650 0.09710 0.La resistencia varía con la temperatura de acuerdo con la siguiente Ley: Donde: R2: Resistencia a la temperatura t2 R1: Resistencia a la temperatura t1 α : Coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura.0037 Página 5 .01680 0.22000 Material Nicromio Carbón Germanio Silicio Piel Humana Vidrio Hule Sulfuro Cuarzo Resistividad a 23°C Ω mm2/m 1.0E+20 1. correspondiente a la temperatura t1.002 Material Plata Estaño Platino Hierro Plomo α 0.5E+24 A la inversa de la resistividad se la denomina conductividad c C = 1/ ρ Variación de la resistencia con la temperatura La resistencia de los conductores metálicos aumenta al aumentar la temperatura.01590 0. 002 0.00382 Material Kruppina Tungsteno Latón Wolframio Oro α 0.0034 TENSION ELECTRICA La tensión eléctrica entre dos puntos de un conductor se define como el trabajo necesario para desplazar la unidad de carga entre un punto y otro punto.1V 1Ω 1A ´= CAIDA DE TENSION EN UN CONDUCTOR Es la disminución de tensión como consecuencia de la resistencia que el conductor presenta al paso de la corriente eléctrica.0041 0.Si dos cuerpos no tienen la misma carga eléctrica hay una diferencia de potencial entre ellos.0005 0.Página 6 .0045 0. LEY DE OHM La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensión eléctrica o diferencia de potencial entre sus extremos e inversamente proporcional a su resistencia.V (tensión) R (resistencia) I (intensidad) ´= VOLTIO El Voltio se define como la tensión que es necesario aplicar a un conductor de un Ω de resistencia para que por el circule una corriente de 1 A.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Material Nicromio Carbón Níquel Niquelina Cobre α 0.0002 0.0047 0. A esta tensión se le llama DIFERENCIA DE POTENCIAL entre dichos puntos.0007 0.La tensión eléctrica se representa con la letra V ó U Unidad de Tensión eléctrica La unidad de Tensión Eléctrica o Diferencia de Potencial se mide en Voltios que se representa con la letra V y se mide mediante un instrumento llamado VOLTÍMETRO. que se conecta a los dos puntos cuya tensión se desea medir.00013 0. Este fenómeno se conoce como efecto Joule. La potencia eléctrica es el producto de la tensión por la intensidad de corriente P(Potencia) = V(Tensión) x I(Intensidad de Corriente) UNIDAD DE POTENCIA La unidad de Potencia es el Vatio que se representa con la letra W Potencia Perdida en un Conductor Al circular una corriente eléctrica por un conductor. que presenta una resistencia.hora (Wh) aunque se utiliza con mucha más frecuencia el Kilovatio hora (kWh). P = RI2 Por la ley de Ohm I=V/R V = RI Entonces P = VI = RII = RI2 ENERGÍA ELÉCTRICA Es la capacidad para producir trabajo Es el producto de la potencia por el tiempo en que actúa esa potencia. E(Energía) = P(Potencia) x t(tiempo) UNIDAD DE ENERGIA ELECTRICA La unidad es el vatio segundo que se llama julio y se representa mediante la letra J La unidad práctica de energía eléctrica es el vatio. hay una pérdida de energía eléctrica. CALOR PRODUCIDO EN UN CONDUCTOR Al circular una corriente por un conductor. hay una pérdida de potencia.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral CAIDA DE TENSION EN UNA LINEA DE TRANSPORTE DE ENERGIA ELECTRICA Es la diferencia entre las tensiones al principio y al final de la línea de transporte POTENCIA ELECTRICA Potencia es el trabajo desarrollado por unidad de tiempo. que se transforma íntegramente en calor (energía calórica).La energía eléctrica perdida en el conductor es: E = P t = R I2 t Donde: E: Energía (J) T: Tiempo (s) P: Potencia (W) R: Resistencia (Ω) I: Intensidad (A) Página 7 . que es el producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la intensidad de corriente. La unión se calienta por efecto Joule cuando por ella circula una corriente.24 R I2 t Donde 1 J = 0.24 calorías DENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA Es la relación que existe entre la intensidad de corriente eléctrica que circula en un conductor y la sección geométrica del mismo. que se llama RESISTENCIA DE CONTACTO. por un conductor prácticamente sin resistencia. CORTOCIRCUITO Se llama cortocircuito a la unión de dos puntos. lo que origina. El acoplamiento tiene las siguientes características: a) Todas las resistencias son recorridas por la misma corriente b) La tensión total en los extremos de acoplamiento es igual a la suma de las Página 8 .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral El calor producido en el conductor es: q(calorías) = 0. según la ley de Ohm .Como fusibles se utilizan hilos de Cu ó Pb.FUSIBLE O CORTACIRCUITO Es una porción de una línea eléctrica que se ha hecho de menor sección que el resto de la misma.RESISTENCIA DE CONTACTO Cuando se unen dos conductores para establecer un contacto eléctrico entre ellos. una Intensidad de Corriente eléctrica muy elevada. con el fin de que se funda por efecto Joule cuando la intensidad toma un valor muy elevado.ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN SERIE LA conexión en serie de dos o más resistencias consiste en conectarlas una a continuación de la otra. entre los cuales existe una tensión eléctrica o diferencia de potencial. Se representa mediante la letra δ (delta) δ=I/s Donde: δ : Densidad de Corriente Eléctrica (A/mm2) I : Intensidad de Corriente Eléctrica (A) S : Sección de l conductor (mm2) La densidad de Corriente Eléctrica en los conductores se limita reglamentariamente para evitar el excesivo calentamiento por efecto joule. interrumpiendo así el paso de la corriente eléctrica. existe una resistencia eléctrica en el punto de unión. Donde I: Intensidad (A) V: Tensión eléctrica (V) Rr: Resistencia del reóstato (Ω) R: Resistencia del aparato (Ω) PRIMERA LEY DE KIRCHOFF La suma de intensidades de Corriente que llegan a u8n punto de conexión de varios conductores es igual a la suma de intensidades de corriente que se alejan de él. I1 = V/R1 .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral tensiones en los extremos de cada resistencia.IT = I1+I2+I3 Según la Ley de Ohm IT = V/RT . I1+I2 = I3+I4+I5 ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN PARALELO La conexión en paralelo de dos o más resistencias consiste en conectar los extremos de todas ellas a dos puntos comunes. I3 = V/R3 Entonces V/RT =V/R1+V/R2 + V/R3 V/RT =V (1/R1+1/R2 + 1/R3) 1/RT =1/R1+1/R2 +1/R3 Página 9 . I2 = V/R2 .Según la Ley de Ohm la intensidad disminuye el aumentar la resistencia intercalada en el reóstato. c) La resistencia total del acoplamiento es igual a la suma de las resistencias conectadas.REÓSTATOS Son resistencias variables utilizadas para regular la intensidad de corriente eléctrica que circula por un aparato.El acoplamiento tiene las siguientes características: La tensión eléctrica entre los extremos de las resistencias es igual para todas ellas La intensidad total del acoplamiento es igual a la suma de la intensidad de corriente que circulan por cada resistencia. POTENCIA TOTAL PRODUCIDA POR EL GENERADOR Es igual al producto de la f.e. Se representa mediante la letra r. del generador por la intensidad de corriente que suministra P=E x I POTENCIA ELÉCTRICA PERDIDA EN EL GENERADOR Es la potencia perdida en la resistencia interna del generador.m Se representa mediante la letra E y se mide en Voltios.TENSIÓN EN BORNES DE UN GENERADOR Cuando un Generador suministra una corriente eléctrica.Pp= rI2 POTENCIA UTIL DEL GENERADOR Es el valor de potencia entregado al circuito exterior.e. Energía Mecánica Energía Eólica Energía Química GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA Es un Generador que mantiene entre sus bornes una tensión de polaridad fija 1) Características de un Generador a) Fuerza electromotriz: Es la causa que mantiene una tensión eléctrica en bornes del Generador f.e.m. El valor de la tensión en bornes es igual al valor de la f. igual al producto de la tensión en bornes por la intensidad que suministra Generador Eléctrico Energía Eléctrica Página 10 . igual al producto de la resistencia interna por el cuadrado de la corriente suministrada. menos la caída de tensión interior.b) Intensidad Nominal: Es la máxima intensidad de corriente que puede circular por el generador sin provocar efectos perjudiciales que pudieran deteriorarlo c) Resistencia Interna: Es la resistencia de los conductores internos del Generador.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral La inversa de la resistencia total del acoplamiento es Igual a la suma de las inversas de las resistencias conectadas GENERADOR ELÉCTRICO Es un aparato que transforma en energía eléctrica cualquier otra clase de energía.m. El diámetro del conductor.2. Calcular: 4.028 Ω mm2/m de resistividad debe tener una longitud de 2 Km y una resistencia eléctrica de 9. La bobina es cilíndrica de diámetro interior d1 = 0. La sección del conductor 4.028 Ω mm2/m de resistividad.5 mm2 de sección. para que su resistencia eléctrica sea de 100 Ω.4 mm y su resistividad es de 1.2. Trabajo Práctic Nro U1TP3: 4. Calcular: 5.028 Ω mm2/m de resistividad? 2. 4 mm de diámetro y resistividad 0.1 mm y su resistividad es de 0.1.10m y de diámetro exterior d2 = 0.3. ¿Qué valor tendrá la resistencia eléctrica de un conductor de cobre de 20 m de longitud. Se calcula en función de la longitud “l” del conductor y del diámetro medio de la bobina de la forma siguiente: n ´= l d +d π 1 2 2 Página 11 . Un conductor de aluminio de 0.15m. ¿Cuál será la resistencia de un conductor de aluminio de 1 Km de longitud.018 Ω mm2/m. Longitud del alambre empleado 5.2. ¿Qué longitud de hilo de micróm es necesario utilizar si su diámetro es de 0.018 Ω mm2/m.0175 Ω mm2/m de resistividad y diámetro 1mm. La resistencia del conductor es de 10 Ω. Calcular su resistencia eléctrica sabiendo que la resistividad del aluminio es de 0. Número de espiras de la bobina. Calcular la resistencia eléctrica de un conductor de cobre de 200 metros de largo.028 Ω mm2/m de resistividad? Trabajo Práctico Nro U1TP2: 1. 3mm de diámetro y 0.1. Una pletina de aluminio de sección rectangular de 3 mm de base por 6 mm de altura tiene una longitud de 20 m. ¿Cuál es la resistividad del conductor? 5. su diámetro es de 0. Determinar la longitud de un conductor de cobre arrollado en una bobina si la resistencia eléctrica del conductor es de 200 Ω . Una bobina está construida de alambre de cobre de 0. 2 mm2 de sección y 0.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP1: 1.4. Para la fabricación de una resistencia de 100 Ω se ha utilizado un alambre de 120 m de longitud y 0.1 Ω mm2/m .3.33 Ω . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP4 Fórmula 6.Reemplazo los datos en la fórmula R2 = 60Ω ( 1 + 0. Después de estar en marcha el motor . el devanado se calienta y su resistencia aumenta hasta 0. Sabiendo que el coeficiente de variación de resistencia con la temperatura para el Cu es de 0. Calcular: 7. DATOS T1= 20°C R1= 60Ω T2= 70°C α = 0.004 1/°C ( 70°C – 20 °C )) 2° .004 1/°C ( 50°C )) R2 = 60Ω ( 1 + 0.004 1/°C. En cuantos grados se eleva la temperatura del motor 7.2. sabiendo que el coeficiente de variación de resistencia con la temperatura para el Cu es de 0.004 1/°C.004 1/°C FORMULA A APLICAR INCOGNITAS R2 = ? R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 )) SOLUCIÓN 1° .Resuelvo por partes y simplifico el cálculo R2 = 60Ω ( 1 + 0. que a 20°C tiene una resistencia de 60Ω. La resistencia de un devanado de Cu de un motor es de 0.2 ) R2 = 72Ω Problema resuelto 7. ¿Cuál será la resistencia a 70°C de un conductor de Cu.2 ) R2 = 60Ω ( 1.059 Ω. La temperatura a la que está funcionando Página 12 .1.05 Ω a la temperatura de 20°C. Despejo la incógnita T2 R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 )) R2 = R1 + R1α(T2-T1) R2-R1= R1α(T2-T1) R2-R1 R1α R2-R1 R1α = T2 .004 1/°C.004 1/°C FORMULA A APLICAR INCOGNITAS T2= ¿? R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 )) SOLUCIÓN 1° . DATOS T1 = 20°C INCOGNITAS R2= ¿? Página 13 R1= 3 Ω .059Ω α = 0. Calcular su resistencia a 40 °C.05Ω R2= 0. Una línea bifilar de Al de 2 Km de longitud tiene a 20 °C una resistencia de 3 Ω.0. sabiendo que el coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura para el Al es de 0.059Ω .05Ω 0.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral DATOS T1= 20°C R1= 0.004 1/°C + 20°C = T2 Funciona a T2= 65° y la temperatura se incrementó en 40°C Problema resuelto 8.T1 Aplico la propiedad distributiva del producto respecto de la suma + T1 = T2 2° .05Ω 0.Reemplazo los valores en la fórmula 0. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral T2 = 40°C α = 0.24 Ω Problema resuelto Página 14 .004 1/°C ( 40° – 20° )) Resuelvo con calculadora o por otro método R2 = 3.004 1/°C FORMULA A APLICAR R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 )) R2 = 3Ω ( 1 + 0. - Página 15 . Calcular: 8. funciona conectado a una tensión de 125 V. 6mm 2 de sección y 0.1. ¿Qué intensidad de corriente eléctrica circula por la estufa? 2. ¿Cuál es la tensión a la que está conectado? 6. Si la tensión entre los dos conductores al principio de la línea es de 225V. que consideramos constante. Longitud del alambre necesario.1.018 Ω mm2/m de resistividad. Al conectar un calentador eléctrico de agua a una tensión de 220 V. 0. Tensión necesaria al principio de la línea para que al final sea de 220 V.25 Ω. Una Línea eléctrica de 500 m de longitud está formada por 2 conductores de Al de resistividad 5. Considerando que la resistencia de la manganina no varía de forma apreciable con la temperatura. La tensión al principio de la línea es de 135V y la corriente es de 15 A. Resistencia de la línea 10.2. Calcular la tensión al final de la línea. de forma que conectado a 220 V consuma 4 A. circula por él una corriente eléctrica de intensidad 10A.028 Ω mm2/m de resistividad y 16 mm2 .43 Ω mm2/m. La intensidad que circula por un aparato de resistencia 20 Ω es de 11 A.64 mm de diámetro y resistividad 0. Una línea eléctrica de 400m de long. Una línea eléctrica de 1 Km de longitud está formada por 2 conductores de Cu de 6mm2 de sección y 0. La caída de tensión en la línea 9. calcular: 10. Calcular: 6.2.2. Está formada por 2 conductores de Al de 0.2.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP5 1. Cuando se conecta a 12 V 3. Calcular la intensidad en los casos siguientes: 3. Un radiador eléctrico de calefacción. circula una intensidad de 10ª.028 Ω mm2/m.028 Ω mm2/m de resistividad.10. Calcular la caída de tensión en un conductor de Al de 200m de longitud. Se quiere fabricar un calefactor con alambre de manganina de 0.1. Cuando la tensión aumenta a 150V 4. 5. Caída de tensión en el conductor 7. Una estufa eléctrica de resistencia 200 Ω se conecta a 220 V. Si por la línea circula una I = 8A. La resistencia del conductor 6.018 Ω mm2/m de resistividad y 300m de longitud.3 mm de diámetro y resistividad 0. Resistencia de la línea 8. Por un conductor de Cu de 2mm de diámetro.1. calcular: 4. ¿Cuál es la resistencia? 3. de resistencia 31.2.1. cuando la intensidad que circula por el conductor es de 12 A.8. Resistencia del calefactor 4. Si por la línea circula una I = 10A. ¿Cuál es la fórmula que relaciona entre sí a los parámetros y variables de un circuito eléctrico? 3.- Página 16 . Una línea eléctrica de 100m de long. calcular: Resistencia del calefactory Longitud del alambre necesario. Está formada por 2 conductores de Al de 0. Considerando que la resistencia de la manganina no varía de forma apreciable con la temperatura.2°) I= 20A V= ? R= 50Ω 4. calcular: 7. Se quiere fabricar un calefactor con alambre de manganina de 3 mm2 de sección y resistividad 0.1°) I= 10A V=500Ω R= ? 4. 6. Resistencia de la línea 8. ¿Cómo varía la resistencia de un conductor si varía su temperatura? 4. Resolver: Dado los siguientes circuitos calcular los parámetros faltantes 4. Tensión necesaria al principio de la línea para que al final sea de 220 V.028 Ω mm2/m de resistividad y 6 mm2 .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP6 1. de forma que conectado a 380 V consuma 20 A.43 Ω mm2/m.3°) I= ? V= 220V R= 25Ω 5. ¿Cuál es la fórmula que relaciona la resistencia de un conductor con su longitud y su sección transversal? 2. 018 Ω mm2/m de resistividad y tiene conectada al final una lámpara incandescente de 100 Watts (cuando se le aplica una tensión de 220 V).5 mm2 ρ = 0.5 mm2 de sección y 0.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP7: 1.18 Ωmm2/m P = 100 W V1= 220 V Página 17 . Calcular: a) Resistencia de la línea b) La caída de tensión en la línea c) La intensidad de Corriente que circula por el circuito d) La tensión real aplicada sobre la lámpara de 100 Watts e) La resistencia eléctrica de la lámpara f) La energía consumida en la lámpara al cabo de una hora de funcionamiento y su equivalente en calorías g) La energía total consumida en el circuito en el mismo período de tiempo y su equivalente en calorías h) ¿Qué tensión debería aplicarse al principio de la línea para que sobre la lámpara se verifiquen los 220 V? DATOS: L = 1000m x 2= 2000m S = 1. Si la tensión entre los dos conductores al principio de la línea es de 220V. Una línea eléctrica de 1 Km (1000 m) de longitud está formada por 2 conductores de Cu de 1. 32V d) Cálculo de la caída de Tensión en la Carga VCarga = I x RCarga VCarga = 0.18 Ωmm2/m x 2000m/ 1.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral SOLUCIÓN: a) Cálculo de Resistencia de Línea R = ρ L/S RLínea= 0.5 mm2 RLínea= 24 Ω e) Cálculo de Resistencia de la lámpara Como PLámpara = V2/Rlámpara Rlámpara = V2 / PLámpara Rlámpara = (220V)2 / 100W Rlámpara = 484 Ω Entonces RTotal = RLinea + RLámpara RTotal = 24Ω + 484Ω = 508Ω c) Cálculo de la Intensidad de Corriente en el Circuito I = V1/ RTotal I = 220V / 508Ω I = 0.43A b) Cálculo de la caída de tensión en la carga VLínea = I x RLínea VLínea = 0.43A x 24Ω VLínea = 10.43A x 508Ω Página 18 . 43W PCarga = VCarga x I PCarga = 208.88 Cal Página 19 .12V f) Cálculo de Energía consumida en la lámpara en una hora E=Pxt P = VCarga x I P = 208.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral VCarga = 208.48 Calorías g) Cálculo de la Energía total consumida en el Circuito en una hora Potencia del circuito = Potencia Total = PLínea + PCarga PCircuito = PLínea + PCarga PLínea = VLínea x I PLínea = 10.49W PCircuito = 4.49W E = 89.24 Cal/Joules Calorías = 8661.43A = 89.12V x 0.24 Cal/Joules = 81146.92W x 36000s E = 338112 Joules Calorías = 338112 Joules x 0.32V x 0.49W x 36000s E = 36089.49 Joules Calorías = Joules x 0.43A P = 89.49W = 93.24 Calorías/Joules Calorías = 36089.92W E = 93.12V x 0.49 Joules x 0.43W + 89.43A = 4. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral h) Cálculo de V1 para VCarga = 220 V VCarga = I x RCarga I = 220V / 484Ω = 0.45A VLínea = I x RLínea VLínea = 0.8 V V1 = VCarga + VLínea = 220V + 10.8V = 221.8V por lo tanto I = VCarga / RCarga Página 20 .45A x 24Ω = 10. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP8: 1. Una línea eléctrica de 3 Km (3000 m) de longitud está formada por 2 conductores de Cu de 1,5 mm2 de sección y 0.018 Ω mm2/m de resistividad y tiene conectada al final una lámpara incandescente de 500 Watts (cuando se le aplica una tensión de 220 V). Si la tensión entre los dos conductores al principio de la línea es de 220V. Calcular: a) Resistencia de la línea b) La caída de tensión en la línea c) La intensidad de Corriente que circula por el circuito d) La tensión real aplicada sobre la lámpara de 500 Watts e) La resistencia eléctrica de la lámpara f) La energía consumida en la lámpara al cabo de una hora de funcionamiento y su equivalente en calorías g) La energía total consumida en el circuito en el mismo período de tiempo y su equivalente en calorías h) ¿Qué tensión debería aplicarse al principio de la línea para que sobre la lámpara se verifiquen los 220 V? i) ¿De qué sección deberá ser el conductor de Cu para que sobre la lámpara rinda el 97%? Página 21 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Datos Longitud de la Línea Resistividad Sección del Conductor Tensión aplicada Potencia de la carga Tiempo en segundos Incógnitas Cantidad 3000,00 1,50 220,00 500,00 3600,00 Cantidad 72,00 96,80 168,80 1,30 93,84 126,16 57,35% 383,64 1032227,49 247734,60 591940,88 142065,81 213,40 12,97 4,16 Unidad m mm2 V W s Unidad 0,018 Ω mm2/m Resistencia de la línea Resistencia de la carga Resistencia total Intensidad de Corriente Caida de tensión en la línea Tensión aplicada sobre la lámpara Tensión lámpara en porcentaje del tot Tensión en el Circ para Vcarga 220V Energía total Julios Energía total Calorías Energía sobre lámpara Julios Energía sobre lámpara Calorías 97% de 220V Resistencia de la línea Sección del Conductor para 97% Ω Ω Ω A V V V V J Cal J Cal V Ω mm2 Página 22 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP9: RESOLVER LOS SIGUIENTES CIRCUITOS CON RESISTENCIAS: 1– 6– 2– 7– 3– 4– 5– Página 23 1. Intensidad que circula por las resistencias 9. Tres aparatos se conectan en serie. Intensidad que circula por las resistencias 4. Resistencia total 9.2. Cuando la resistencia intercalada en el reóstato es de 45 Ω 8. circula una intensidad de corriente de 1A. Resistencia total 2. Calcular: 9. Dos resistencias de 40 y 70 Ω se conectan en serie a una tensión de 220V.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP10: 1.3.2. Resistencia total 4. Calcular la resistencia total cuando están conectadas en serie. Tres aparatos se conectan en serie.1. Tensión en extremos de cada resistencia 5. Tres resistencias de 10.5. Dos resistencias de 100 y 170 Ω se conectan en serie a una tensión de 220V. Calcular la intensidad que circula por un aparato de resistencia 10 Ω. Potencia consumida por cada resistencia 2.3. Calcular la resistencia del tercer aparato si la resistencia total es de 1600 Ω. Resistencia total 5.1mm de diámetro se han utilizado 50m de alambre en cada una.1. en los siguientes casos: 7. Por un aparato de 100 Ω de resistencia conectado en serie con un reóstato a una tensión de 127V. Dos resistencias de 30 y 20 Ω se conectan en serie a una tensión de 300V. La resistencia de uno de ellos es de 450 Ω y la del otro es de 500 Ω.2. ¿Cuánto vale cada una de ellas si con 100V circula una corriente de 10A Página 24 . ¿Cuál es la intensidad de Corriente de Cortocircuito? 2. Tensión en extremos de cada resistencia 10. Para fabricar dos resistencias de alambre de Constantán de 0. 7.5 Ω mm2/m. Calcular: 5. conectado en serie con un reóstato a una tensión de 220V. Calcular la resistencia intercalada en el reóstato.3. Calcular: 2.2.3.01 Ω de resistencia.1. Intensidad que circula por las resistencias 5.4. Calcular: 4. Potencia consumida en cada resistencia 5. La resistencia del primero de ellos es igual al doble de la del segundo y la del tercer es el doble de la del primero. Energía consumida por cada resistencia en 10 horas 6. 20 y 70 Ω se conectan en serie a una tensión de 300V.1. sabiendo que la resistividad del alambre es de 0. Cuando la resistencia intercalada en el reóstato es de 100 Ω 7.4. 4. A una tensión de 100V se produce un cortocircuito mediante un conductor de 0.2. Tensión a los extremos de cada resistencia 2. 9. Intensidad que circula por las resistencias 2. Energía consumida por el acoplamiento de resistencias en 2 horas 3. 181 Amperes Página 25 .040 1/°C (65°C -25°C)) = 325.00Ω = 0.00 Ω I A 25°C = V / RTOTAL A 25°C = 200V/225.889 Amperes R1 A t2 = 125Ω * (1+0.RESOLVER Y COMPARAR RESULTADOS SI t2 = 65°C R1= 125Ω a t1=25°C αR1= 0.00 Ω I A 65°C = V / RTOTAL A 65°C = 200V/1105.00Ω RTOTAL A 65°C = R1 A t2 + R2 A t2 = 1105.00Ω R2 A t2 = 100Ω * (1+0.170 1/°C INCÓGNITAS I A 25C= ? I A 65°C = ? R1 A T2 R2 A T2 FÓRMULAS CALCULOS RTOTAL A 25°C = R1A 25°c + R2 A 25°C = 125Ω + 100Ω = 225.170 1/°C (65°C -25°C)) = 780.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP11: 1 .1701/°C SOLUCIÓN DATOS R1= 125Ω a t1=25°C αR1= 0.0401/°C I=´? V=200V R2= 100Ω a t125°C αR2= 0.00Ω = 0.040 1/°C R2= 100Ω a t125°C αR2= 0. [1] tester o multitester. un ingeniero de la British Post Office. con la dignidad de haber vendido un aparato presente sin modificación alguna. tras dicha creación únicamente quedaba vender el proyecto a una empresa. tales son el Amperímetro. Los modelos M7 y M8 incluían además medidas de capacidad y potencia. Voltímetro y por último el Óhmetro. que se basa en la utilización de un instrumento de medida. Este multímetro se creó inicialmente para analizar circuitos en corriente continua y posteriormente se introdujeron las medidas de corriente alterna. Ahora bien. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. saliendo a la venta el mismo año. por lo que la compañía dejo de construir en Octubre de 2008. un galvanómetro muy sensible que se emplea para todas las determinaciones. que ayudo a elaborar los multímetros actuales tanto digitales como analógicos. es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias. Dichos modelos se pueden apreciar en las dos imágenes correspondientes. facilito el trabajo a todas las personas que estudiaban cualquier ámbito de la Electrónica. A pesar de ello muchas de sus características se han visto inalteradas hasta su último modelo. también denominado polímetro. denominado AVO.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP12: Utilización del Multímetro (Tester) Multímetro Un multímetro. Esta magnífica creación. denominado Modelo 8 y presentado en 1951. Página 26 . Esta última es la intensidad que. Para poder medir cada una de las magnitudes eléctricas. La empresa ACWEECO cambio su nombre por el de AVO Limited que continuo fabricando instrumentos con la marca registrada como AVO. Fundamento teórico Introducción Es un aparato muy versátil. a quien se le ocurrió la ingeniosa idea de unificar 3 aparatos en uno. cuyo nombre era Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEECO. Historia El multímetro tiene un antecedente bastante claro. Su invención viene dada de la mano de Donald Macadie. durante 57 años en mercado. hace que la aguja llegue al fondo de escala. capacidades y otras. pero el problema raíz no se hallaba en su construcción sino en la necesidad de obtener repuestos mecánicos. fue fundada probablemente en 1923). El modelo original se ha fabricado ininterrumpidamente desde 1923. el galvanómetro se debe completar con un determinado circuito eléctrico que dependerá también de dos características del galvanómetro: la resistencia interna (Ri) y la inversa de la sensibilidad. de ahí viene su nombre Multímetro AVO. aplicada directamente a los bornes del galvanómetro. La compañía paso por diferentes entidades y actualmente se llama Megger Group Limited. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida). IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Además del galvanómetro. También posee un ajuste de cero necesario para la medida de resistencias. Dos o más bornes eléctricas permiten conectar el polímetro a los circuitos o componentes exteriores cuyos valores se pretenden medir. Además. 50 voltios y 200 voltios. Por ejemplo. Página 27 . Las bornes de acceso suelen tener colores para facilitar la corrección de las conexiones exteriores. se suelen incorporar unas bornes de acceso independientes. Los circuitos internos estarán construidos con cable y componentes adecuados para soportar la corriente correspondiente. Si se desean medir corrientes elevadas con el polímetro como amperímetro. Un conmutador permite cambiar la función del polímetro para que actue como medidor en todas sus versiones y márgenes de medida. Cuando se mide en corriente continua. El valor de depende del valor en voltios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. Voltímetro Para que el polímetro trabaje como voltímetro (Esquema 3) es preciso conectar una resistencia en serie con el instrumento de medida. En el polímetro aparecerán tantas resistencias Rs conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. A continuación se describen los circuitos básicos de uso del polímetro donde la raya horizontal colocada sobre algunas variables como resistencias o la intensidad de corriente. suele ser de color rojo la de mayor potencial ( o potencial + ) y de color negro la de menor potencial ( o potencial . En el polímetro aparecerán tantas resistencias conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. El valor de Rs depende del valor en amperios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. existirán cuatro resistencias diferentes . en el caso de requerir 10 voltios.). si se desean escalas de 10 miliamperios. La misión del conmutador es seleccionar en cada caso el circuito interno que hay que asociar al instrumento de medida para realizar cada medición. el polímetro consta de los siguientes elementos: La escala múltiple por la que se desplaza una sola aguja permite leer los valores de las diferentes magnitudes en los distintos márgenes de medida. los razonamientos que se realizan sobre los circuitos eléctricos usados para que el polímetro funcione como Amperímetro o Voltímetro sirven también. La parte derecha de la figura es la utilizada para medir en corriente alterna cuya diferencia básica es que contiene un puente de diodos para rectificar la corriente y poder finalmente medir con el galvanómetro. El polímetro está dotado de una pila interna para poder medir las magnitudes pasivas. para medir en corriente alterna con la parte derecha de la figura (Esquema 1). de forma general. 20 voltios. aparecerán tres resistencias Rs conmutables. Amperímetro Para que el polímetro trabaje como amperímetro (Esquema 2) es preciso conectar una resistencia Rs en paralelo con el instrumento de medida (vinculo). 100 miliamperios y 1 amperio y de acuerdo con las características internas el instrumento de medida (vinculo). indica que se está usando la parte izquierda de la figura (Esquema 1). La parte izquierda de la figura (Esquema 1) es la utilizada para medir en continua y se puede observar dicha polaridad. Por ejemplo. correspondientes a 2. 4. Página 28 . 50V. la escala del óhmetro no es lineal. y no tendremos más que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. es decir. en donde V=voltios.:=Alternating Current). Funciones comúnes Multímetro o polímetro analógico 1. Midiendo resistencias El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. esto es.).000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a =0. lo cual provocara mayor error de medida conforme nos acerquemos a corrientes pequeñas (grandes valores de la resistencia R a medir). de izquierda a derecha.001A). de derecha a izquierda. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10. hacia la izquierda. pero en este caso para medir corriente alterna (A. Vemos 5 posiciones. Cuando los terminales de medida se ponen en cortocircuito circula la máxima corriente por el galvanómetro. colocaremos la borne negra en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borne en el punto a medir. los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0. 250V y 500V. Debido a la relación inversa entre resistencia y corriente (R=V/I). para medir tensión en corriente continua (D. Esto no lo usaremos apenas. 3.C.5V y 9V. Basta con colocar la ruleta en la posición de ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde a A=0. Con la resistencia de ajuste se retoca esa corriente hasta que coincida con el fondo de escala y en la división que indica la corriente máxima se pone el valor de 0 ohmios. Si no sabemos cuantos ohmios tiene la resistencia a medir. no tendremos más que colocar una borne en cada lugar. el instrumento y una resistencia adicional de ajuste. los valores máximos que podemos medir son:500μA. 2.5V. se provoca una caída de tensión y la aguja se desplaza hacia valores inferiores de corriente. La escala de resistencias crecerá. otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250. Escalas para el resto de mediciones. Escala para medir resistencia. pues observando detalladamente en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia). 5. A veces usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente. empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el circuito está abierto). Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1. 6. no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5. Para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω). empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos. Es el valor de corriente que se asocia a R = 0. 10V. e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango.= Direct Current). pues. colocaremos las bornes en las clavijas.C. 7. veras que no es lineal. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Óhmetro El óhmetro permite medir resistencias. Una pila interna hace circular una corriente a través de la resistencia a medir.C. Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente continua (D. además. Como medir con el multímetro digital Midiendo tensiones Para medir una tensión. Como en el apartado 2. Cuando en los terminales se conecta la resistencia que se desea medir. Ω se lee ohmio. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Midiendo intensidades El proceso para medir intensidades es algo más complicado. Tomar Varias pilas de diferentes tamaños y medir la tensión entre sus extremos b. es decir. Tomar al menos 10 resistencias de valor conocido a. procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester. Alimentar con un transformador de 220/12 el circuito propuesto. y medir la Intensidad de Corriente en primario y en secundario d. hemos comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula. Para medir una intensidad. es decir. Tomar el Multímetro y colocarlo en Ohm b. Alimentar un transformador de 220/12. Sacar conclusiones 2. Elaborar una tabla con los resultados de las mediciones obtenidos e. y medir la Intensidad de Corriente en primario y en secundario c. Alimentar un transformador de 220/110. Confeccionar una tabla donde consten el valor declarado y el medido d. Comparar los resultados prácticos con los teóricos y extraer conclusiones CIRCUITO PROPUESTO Página 29 . Medir cada una de las resistencias c. Elaborar una tabla con los resultados de las mediciones obtenidos 4. abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos. Desarrollo del Trabajo Práctico: 1. con el propósito de que la intensidad circule por dentro del tester. Con ello se cerrara el circuito y la intensidad circulara por el interior del multímetro para ser leída. y medir la Intensidad de Corriente en primario y en secundario b. Colocar el Multímetro en modo Voltímetro CC a. Por esto. Alimentar con un transformador de 220/24 el circuito propuesto. Calcular el rango de variación e. y medir la tensión en primario y en secundario d. Precisamente por esto. 10A en el caso del tester del ejemplo. colocaremos cada borne del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Colocar el Multímetro en modo Voltímetro CA a. y medir la tensión en primario y en secundario b. Apilar pilas y volver a medir c. para no provocar cambios en el circuito que queramos medir. para medir intensidades tendremos que abrir el circuito. Alimentar un transformador de 220/24. Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado. y medir la tensión en primario y en secundario c. se mide en serie con el circuito en cuestión. desconectar algún cable para intercalar el tester en medio. Elaborar una tabla con los resultados de las mediciones obtenidas 3. borne negra en clavija común COM). puesto que en lugar de medirse en paralelo. y configuraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de amperios de más capacidad. Alimentar con un transformador de 220/110 el circuito propuesto. Colocar el Multímetro en modo Amperímetro CA a. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 30 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 31 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 32 . así como las caídas de tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte. hay que pasar un solo conductor a través de la sonda. La pinza amperométrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la corriente para colocar un amperímetro clásico. en el que obviamente fluye la misma corriente por ambos conductores (y de sentido o fase contrarios).[1] El funcionamiento de la pinza se basa en la medida indirecta de la corriente circulante por un conductor a partir del campo magnético o de los campos que dicha circulación de corriente que genera. lo que permite poner la pinza alrededor de un conductor. Para utilizar una pinza. es sumamente seguro para el operario que realiza la medición. por cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito bajo medida ya que. si se pasa más de un conductor a través del bucle de medida. en el caso de cables aislados. Si la pinza se cierra alrededor de un cable paralelo de dos conductores que alimenta un equipo. La lectura producida por un conductor que transporta una corriente muy baja puede ser aumentada pasando el conductor alrededor de la pinza varias veces (haciendo una bobina). de modo que la pinza se puede poner alrededor de un solo conductor. Recibe el nombre de pinza porque consta de un sensor. lo que se obtendrá será la suma vectorial de las corrientes que fluyen por los conductores y que dependen de la relación de fase entre las corrientes. la lectura la real será la mostrada por el instrumento dividida por el número de vueltas.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U1TP13: Utilización de la Pinza Amperométrica Pinza amperométrica. Uso Un multímetro con la pinza incorporada Al pulsar el botón grande de la parte inferior se abre la mandíbula inferior de la pinza. Desarrollo del Trabajo Práctico: 1. Por este motivo las pinzas se venden también con un accesorio que se conecta entre la toma de corriente y el dispositivo a probar. ni siquiera es necesario levantar el aislante. con alguna pérdida de precisión debido a los efectos inductivos. Utilizando una Pinza Amperométrica medir la intensidad de corriente de al menos 10 artefactos eléctricos y confeccionar una tabla con los resultados obtenidos Página 33 . nos dará una lectura de "cero". en forma de pinza. El accesorio es básicamente una extensión corta con los dos conductores separados. que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir. Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 34 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 35 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 36 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 37 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 38 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 39 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 40 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 41 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 42 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 43 . 1.El centro de un imán se llama Zona o Línea Neutra y en ella no existen fenómenos magnéticos.Los fenómenos magnéticos son más intensos donde las líneas están más juntas CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA RECTILINEA La corriente eléctrica al circular por un conductor rectilíneo. Imanes Artificiales 2. Imanes Temporales 2.2. cuyas líneas de fuerza son circunferencias concéntricas en cada plano perpendicular al conductor y su sentido se corresponde con un sacacorchos que avance en el sentido de la corriente ó respetando la regla de la mano derecha. Las líneas de fuerza salen del polo Norte y entran por el polo Sur.- Página 44 . Imanes Naturales 2.ACCIÓN MUTUA ENTRE IMANES Polos del mismo nombre se repelen y polos de diferente nombre se atraen CAMPO MAGNÉTICO Es la región del espacio donde se verifican fenómenos magnéticos LÍNEAS DE FUERZA El campo magnético se representa por líneas cerradas. Imanes Permanentes POLOS Y LINEA NEUTRA DE UN IMAN La propiedad de atraer al hierro se da con mayor intensidad en los extremos del imán que se llaman Polos y estos a su vez se llaman polo Norte (el que se orienta hacia el polo Norte Geográfico) y polo Sur ( el que se orienta hacia el polo Sur Geográfico) No se puede aislar un polo único.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 2: ELECTROMAGNETISMO IMANES Son cuerpos que poseen la propiedad de atraer el hierro TIPOS DE IMANES 1. llamadas líneas de fuerza a las que se les da un sentido. crea un campo magnético alrededor del conductor. - CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BOBINA Para reforzar el campo magnético generado por una espira.G. La inducción magnética se representa mediante la letra B UNIDAD DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA En el S. la unidad de Inducción es el GAUSS y se representa con Gs Se verifica que 1T=104 Gs INDUCCIÓN MAGNÉTICA EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE Una bobina cuya longitud es mayor que su radio se llama solenoide La inducción en el interior de un solenoide responde a la siguiente fórmula: B: Inducción (T) N: Número de espiras I: Intensidad en la bobina (A) µ: Permeabilidad magnética del material del interior del solenoide. En el vacío y en el aire µ0= 4 π 10-7 Tm/A Página 45 . el campo magnético aumenta pues aumenta la densidad de líneas de fuerza.S.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral CAMPO MAGNÉTICO EN UNA ESPIRA Si se dobla un conductor rectilíneo en forma de una espira. al circular una corriente por él. (Sistema Internacional) la unidad de Inducción Magnética es el TESLA y se representa por la letra T En el C. se apilan varias espiras firmando una bobina lo que multiplica el campo magnético por el número de espiras apiladas INDUCCIÓN MAGNÉTICA La inducción magnética es el número de líneas de fuerza del campo magnético por unidad de superficie perpendicular a dichas líneas.I. las moléculas pueden quedar orientadas o volver al caos. dependiente de la inducción y del material.- µr.La permeabilidad se esta sustancia se calcula multiplicando la permeabilidad del aire por un coeficiente relativa. Se representa con la letra H H (intensidad de campo) = B (inducción) / µ (permeabilidad) INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE Son los Amperios vuelta por unidad de longitud H=nI/l H: Intensidad de campo magnético (A/m ó Av/m) N: número de espiras o vueltas I: Intensidad de corriente (A) L: longitud del solenoide (m) SUSTANCIAS FERROMAGNÉTICAS Son sustancias que tienen permeabilidad mucho mayor que la del vacío y dependiente de la inducción magnética (hierro.Cuando la acción del campo magnético exterior cesa.Página 46 . niquel y sus aleaciones con carbonos y otros metales) estas sustancias son fuertemente atraídas por los imanes.Estos imanes normalmente se encuentran desorientados pero cuando se somete al material a la acción de un campo magnético los mismos se orientan de acuerdo a la dirección del campo magnético exterior.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral FLUJO MAGNÉTICO Es el número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie. Cobalto. que se denomina permeabilidad µ = µr µ0 TEORÍA MOLECULAR DE LOS IMANES Se admite que las sustancias ferromagnéticas se encuentran constituidas por moléculas magnéticas o imanes elementales. Se representa por la letra griega Φ (fi mayúscula) y se mide en Weber Wb Φ (flujo) = B (inducción) x S (superficie) INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO Es la relación entre la inducción magnética y la permeabilidad del medio material en que se estableció el campo. La pérdida por histéresis es proporcional ál area del ciclo de histéresis y al volumen del material.La concentración de líneas de fuerza dentro del material ferromagnético se da pues su permeabilidad magnética es mucho mayor que la del aire.El conjunto de valores de inducción magnética que adquiere un material ferromagnético en función de la intensidad del campo imanador alterno se llama ciclo de histéresis PÉRDIDA POR HISTÉRESIS El fenómeno de histéresis se considera debido al rozamiento de los imanes moleculares de la sustancia que giran para orientarse.El valor de la inducción magnética que conserva la sustancia se llama Magnetismo Remanente. El cilindro hueco constituye una Pantalla Magnética. Este rozamiento origina una pérdida de potencia que se manifiesta en forma de calor y se denomina pérdida por histéresis. el campo magnético en su interior será nulo. se llama FUERZA COHERCITIVA.- Página 47 . se anula el campo magnético imanador.Este tipo de pérdida se produce siempre que una sustancia ferromagnética sea sometida a la acción de un campo magnético alternativo. ara la cual se anula el magnetismo remanente.La intensidad de campo magnético imanador. en sentido contrario al de la primera imanación. las líneas de fuerza estarán en su totalidad en el interior del material ferromagnético . PANTALLAS MAGNÉTICAS Si dentro de un campo magnético se introduce un cilindro hueco de material ferromagnético.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral HISTÉRESIS MAGNÉTICA Es la propiedad que presentan las sustancias ferromagneticas de conservar parte del magnetismo cuando después de imanadas. se calcula. el medio el sentido de la corriente.La fuerza de atracción que un electroimán ejerce sobre una pieza móvil de material ferromagnético. del valor de la intensidad de corriente y de la longitud del conductor afectado por el campo magnético F= BIL Donde: F: Fuerza (N) B: Inducción (T) I: Intensidad de corriente (A) L: Longitud del conductor bajo influencia del campo magnético (m) Página 48 . si la acción es ejercida en el aire.El valor de la fuerza depende del valor de la inducción del campo magnético. en cuyo interior hay un núcleo de material ferromagnético con el fin de aumentar la inducción del campo magnético.ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA CORRIENTE Un conductor rectilíneo por el cual circula una corriente.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral ELECTROIMAN Se llama electroimán a un imán creado por la corriente eléctrica. el pulgar indicará el sentido y dirección de la fuerza. Consiste en una bobina. se halla sometido a una fuerza cuya dirección y sentido viene dada por la regla de la mano izquierda: Colocando los dedos pulgar. por la expresión: CIRCUITO MAGNÉTICO Es la región del espacio ocupada por el flujo magnético representado por líneas de fuerza cerradas. llamada armadura. si se encuentra situado dentro de un campo magnético y perpendicular a las líneas de fuerza. si el índice indica el sentido del campo magnético. índice y medio perpendiculares entre sí (formando un triedro trirectángulo). CORRIENTES PARÁSITAS Son corrientes generadas por inducción magnética en las partes metálicas de los aparatos eléctricos sometidos a flujo variable. chapas delgadas aisladas entre sí que producen gran resistencia a a propagación de corriente.- INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Cuando en un circuito eléctrico tiene lugar una variación de flujo magnético que lo atraviesa se crea en él una fuerza electromotriz que se llama inducida y que dura mientras dure la variación del flujo. Para limitarlas se emplean en los circuitos magnéticos sometidos a flujo variable. Si el circuito es cerrado circulará una corriente por él que se llama intensidad inducida.LEY DE LENZ El sentido de la corriente inducida es de tal forma que crea un campo magnético cuyo flujo se opone a la variación del flujo inductor FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UN CIRCUITO El valor de la Fuerza Electromotriz Inducida es directamente proporcional a la variación del flujo que ha experimentado el circuito e inversamente proporcional al tiempo que ha durado dicha variación.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral ACCION DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA ESPIRA Una espira recorrida por una corriente y situada en un campo magnético tiende a orientarse de modo que abarque el máximo de flujo ACCIÓN ELECTRODINÁMICA ENTRE CORRIENTES PARALELAS Dos conductores paralelos recorridos por corrientes del mismo sentido se atraen y si las corrientes son de distinto sentido se repelen. AUTOINDUCCIÓN Es la inducción electromagnética producida por una corriente de intensidad variable en su propio circuito Página 49 . Se llaman también CORRIENTES DE FOUCAULT PÉRDIDAS POR CORRIENTES PARÁSITAS Las corrientes parásitas dan lugar a pérdidas de potencia por efecto Joule. Apertura: Si se abre rápidamente un circuito.e.- TRANSFORMADOR Pequeño transformador eléctrico Tipo: Pasivo Principio de funcionamiento: Inducción electromagnética Fecha de invención: Zipernowsky. que abarca todas igual flujo. de autoinducción que según la ley de Lenz se opone al establecimiento de la corriente.m.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral COHEFICIENTE DE AUTOINDUCCIÓN DE UN CIRCUITO Es la relación entre el flujo magnético del circuito y la intensidad de corriente que lo ha producido L (Coheficiente de autoinducción) = Φ (Flujo) / I (Intensidad) Si el circuito es una bobina de autoinducción de la bobina es n espiras. Durante ese tiempo se produce una f.e. de autoinducción que según la Ley de Lenz se opone al cese de la corriente y tiende a prolongarla lo cual normalmente provoca un arco entre los contactos del interruptor. el coeficiente de L (Coheficiente de autoinducción) = n Φ (Flujo) / I (Intensidad) APERTURA Y CIERRE DE UN CURCUITO Cierre: Al cerrar el Circuito la corriente crece desde intensidad cero 0 hasta alcanzar su valor I como así también el flujo creado pasa de cero a su valor Φ.m. Bláthy y Deri (1884) Primera producción En 1886 Página 50 . Durante ese tiempo se produce una f. la corriente disminuye desde el valor de intensidad I hasta cero e igualmente el flujo cambia desde Φ hasta cero. A esta corriente se la llama extracorriente o chispa de ruptura. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor. por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado. por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador. de menor tensión que el secundario. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep). Página 51 . por inducción electromagnética. la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es). Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos. Este campo magnético variable originará. dependiendo de su diseño. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión. por medio de interacción electromagnética. la obtenida en el secundario. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión. circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnético variable. respectivamente. sin pérdidas). en el caso de un transformador ideal (esto es. es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) . en energía alterna de otro nivel de tensión. aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. tamaño. FUNCIONAMIENTO Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario. es igual a la que se obtiene a la salida. en este caso. etc. esto quiere decir. fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico. RELACION DE TRANSFORMACION La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. en su forma más simple.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Símbolo electrónico Configuración: Dos terminales para el bobinado primario y dos para el bobinado secundario o tres si tiene tab central Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna. aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. También existen transformadores con más devanados. manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo. puede existir un devanado "terciario". la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. la del secundario será de solo 0. HISTORIA Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior. Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada. Irlanda en 1836. debe ser igual a la obtenida en el secundario. como lo es la relación de espiras). Así. al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral La razón de la transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. en caso de un transformador ideal. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario. e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida. el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante. en el secundario habrá el triple de tensión. con lo que en el caso del ejemplo. se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida. se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.1 amperios (una centésima parte). (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida. se obtienen 23. uno de los primeros investigadores en Página 52 . como la potencia eléctrica aplicada en el primario. si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios. Nicholas Callan College de Maynooth. (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada. La primera "bobina de inducción" para ver el uso de ancho fueron inventadas por el Rev. y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético. Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831. A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de Transformación. Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades. Ahora bien. Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres. En 1878. y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfo sobre sus homólogos de corriente continua. En 1882. los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. en su mayoría por ensayo y error. TIPOS DE TRANSFORMADORES Según sus aplicaciones Transformador elevador/reductor de tensión Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica. En 1883. de su propio diseño. generadores y otros accesorios. luego vendió la idea de la compañía Westinghouse de Estados Unidos.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario. También fue expuesto en Turín. una posición dominante que mantienen desde entonces. los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción. realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. “proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”. más grande es el aumento de la FEM. En lugar de corriente alterna (CA). reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Debido a la Página 53 . el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de Corrientes”. La patente alegó que el sistema podría. su acción se basó en un vibrante "do&break" mecanismo que regularmente interrumpido el flujo de la corriente directa (DC) de las pilas. con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880. En 1876. Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores tensiones en las baterías. Entre la década de 1830 y la década de 1870. Ofrecián un sistema que constaba de dos lámparas incandescentes y de arco. pero dentro de un decenio. donde fue adaptado para el sistema de alumbrado eléctrico. en relación con el bobinado primario. Italia en 1884. el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas de inducción en el que el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias “velas eléctricas” (lámparas de arco). Transformadores elevadores Este tipo de transformadores nos permiten.(Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral resistencia de los conductores. de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí. Estos fusibles no suelen ser reemplazables. Transformador de aislamiento Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas. como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Transformador de alimentación Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. Y-Δ y Y-Y. de modo que hay que sustituir todo el transformador. Transformador trifásico Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno. con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Transformadores variables También llamados "Variacs". toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos. las tensiones de fase varían. dentro de dos valores. en resistencias inesianas. Suele tener una relación 1:1. al pasar de Δ a Y o viceversa. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva. Página 54 . Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1. Transformador de pulsos Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220V. Se utiliza principalmente como medida de protección. Δ-Y. evitando que éste se queme. sujeto al objeto cuya posición desea ser medida. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Estabilizador de tensión Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie. filamento. sin diodo ni triplicador. Entonces. Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. etc.). tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los Página 55 . se desliza con respecto al eje del tubo. Suelen ser pequeños y económicos. Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos. Transformador con diodo dividido Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Transformador diferencial de variación lineal El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Transformador de línea o Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica. las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. De aplicación en los teléfonos. Transformador híbrido o bobina híbrida Es un transformador que funciona como una híbrida. peso. precio y baja eficiencia energética. Página 56 . etc. debido a su volumen. tarjetas de red.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral reguladores de tensión electrónicos. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Balun Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U2TP1: Dado el siguiente circuito eléctrico.00 380.00 4.55 R1 [Ω] 100.00 48. calcular los parámetros faltantes y completar el cuadro: Iin Aca Iout Aca Vin Vca R1 O Vout Vca Caso Nro 1 2 3 4 5 Potencia Primario [Watts] Potencia Secundario [Watts] Vin [Voltios] 220.00 220.00 Iout [Amperes] 2.50 Vout [Voltios] 24.00 110.00 2.00 0.00 Iin [Amperes] 1.00 220.00 30.00 2.00 800.11 Página 57 .00 500.00 110. 00 220.00 0.00 Potencia Real [Watt] Página 58 .00 0.67 300.00 250.00 0.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U2TP2: Dado el siguiente circuito eléctrico.00 0.01 380.00 0.00 12.37 110. calcular los parámetros faltantes y completar el cuadro: Iin Aca Iout Aca Vin Vca R1 O Vout Vca Caso Nro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Potencia Potencia Vin Iin Vout Iout Primario Secundario [Voltios] [Amperes] [Voltios] [Amperes] [Watts] [Watts] 100.11 5.00 3000.00 0.03 24.00 1.00 1.29 2.00 0.00 0.00 24.00 5.10 220.22 1.00 1000.00 0.00 9.00 440.05 10.00 2000.13 220.00 0.00 1000.00 200.00 1000.00 220.00 500.00 380.00 12.38 R1 [Ω] 100.80 5000.00 220.00 1000.00 380.00 660.004 12.00 6.00 4.00 150. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 3: CONDENSADORES CONDENSADOR: Es un aparato constituido por dos conductores llamados ARMADURAS.1 µF = 10-6 F 1 nF = 10-9 F 1 pF = 10-12 F CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR DE ARMADURAS PARALELAS La capacidad de un condensador de armaduras planas.La capacidad se representa con la letra “C”.La capacidad de un condensador es la relación entre la carga de una de cualquiera de sus armaduras y la tensión existente entre ellas. inversamente a la distancia entre ellas y depende del tipo de aislante que tiene entre las armaduras.UNIDAD DE CAPACIDAD Es el FARADIO. nanofaradio y picofaradio.C (capacidad) = Q (carga eléctrica de una armadura) V (tensión entre las armaduras) La capacidad de un condensador depende de la forma geométrica y del tipo de aislante que hay entre las armaduras.C = ɛ S d C: Capacidad en Faradios S: Superficie de una Armadura en m2 D: Distancia entre las Armaduras en m Página 59 . que se cargan con igual cantidad de electricidad pero con signo contrario CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR Es la medida de su aptitud para acumular cargas eléctricas. iguales y paralelas es directamente proporcional a la superficie de cada armadura.Se utilizan los submúltiplos del Faradio: microfaradio. que se representa con la letra “F”. separados por un aislante y en influencia eléctrica. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral ɛ (eplsilon): Constante dieléctrica del aislante o permitividad En el vacío o en el aire la constante dieléctrica ɛ0 = 8. se equilibran las cargas de las dos armaduras. que se denomina constante dieléctrica relativa.CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR CARGA: Al aplicar una tensión a las armaduras de un condensador.85 10-12 F/m La constante dieléctrica de un aislante distinto del aire se calcula multiplicando la constante dieléctrica del vacío por un coeficiente ɛr . estableciéndose una corriente eléctrica entre las dos armaduras. estableciéndose una corriente de muy corta duración. una de ellas se hace positiva y la otra negativa. ɛ = ɛr x ɛ0 RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE UN AISLANTE Es la mínima tensión a la que un aislante se perfora. Suele medirse en KV/cm. tanto más rápidamente cuanto menor sea la resistencia del conductor de unión. hasta que la tensión entre las armaduras sea igual a la tensión aplicada DESCARGA: Al unir las armaduras del condensador por medio de un conductor. Página 60 . por unidad de longitud. siendo la carga total del acoplamiento la suma de las cargas de cada condensador 3. La tensión en extremos del acoplamiento es igual a la tensión aplicada a cada condensador 2. La capacidad total del acoplamiento es la inversa de la suma de las inversas de la capacidad de cada condensador C = 1 1 1 c1 + c2 + 1 c3 ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES EN PARALELO Tiene las siguientes características 1. La tensión total del acoplamiento es igual a la suma de las tensiones en extremo de cada condensador 3.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES EN SERIE Tiene las siguientes características 1. Todos los condensadores adquieren igual carga 2. Cada condensador adquiere una carga según su capacidad. La capacidad total del acoplamiento es igual a la suma de las capacidades de cada condensador conectado C = c1 + c2 + c3 Página 61 . Calcular la capacidad equivalente de los siguientes circuitos : Para C1= 100µFaradios.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U3TP1: 1 . C3= 300µFaradios y C4= 400µFaradios 2 4 1 3 5 6 7 8 Página 62 . C2= 200µFaradios. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral 2 – Construir capacitores de las capacidades detalladas en la tabla utilizando la menor cantidad de capacitores. 10µF y 50µF. Las capacidades disponibles son 5µF.- Grupo Nro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 22 33 44 56 67 78 89 91 102 2 12 23 34 46 57 68 79 91 92 103 3 13 24 35 47 58 69 81 92 93 104 4 14 26 36 48 59 71 82 93 94 106 5 16 27 38 49 61 72 83 96 99 107 Ej er cic io Nr o Página 63 . las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos. diseñó y construyó el primer motor de inducción de CA. atacó duramente a Nikola Tesla y a George Westinghouse. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC). Así. la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo. Colorado. el principio de inducción para transferir la CA entre dos circuitos eléctricamente aislados. De hecho. En estos usos. cerca de Telluride.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 4: Corriente alterna Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés. de la que poseía numerosas patentes (véase la guerra de las corrientes). La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891. tales como la triangular o la cuadrada. de General Electric. Historia En el año 1882 el físico. inventor e ingeniero Nikola Tesla. a pesar de lo cual ésta se acabó por imponer. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal (figura 1). La idea central fue la de enrollar un par de bobinas en una base de hierro común. Otros que contribuyeron en el desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard. la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. a la que siguió algunos meses más tarde otra en Alemania. Charles Proteus Steinmetz. De este modo se obtuvo lo que sería el precursor del actual transformador. utilizando corriente alterna. son también ejemplos de corriente alterna. reutilizó. en 1885. El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla. pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la Página 64 . Utilizada genéricamente. Posteriormente el físico William Stanley. en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas. el cual es un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia. John Gibbs y Oliver Shallenger entre los años 1881 y 1889. de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. matemático. Thomas Edison siguió abogando fuertemente por el uso de la corriente continua. puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA. promotores de la corriente alterna. comercializado en su día con gran agresividad por Thomas Edison. Sin embargo. denominada bobina de inducción. A pesar de las notorias ventajas de la CA frente a la CC. Por el contrario. disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral producción y transmisión eléctrica. por lo que no se puede operar analíticamente con ellas. Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros. y en menor medida. En el caso de la corriente continua la elevación de la tensión se logra conectando dínamos en serie. siendo su vencedor George Westinghouse. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías. Las ondas periódicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos. Nikola Tesla. podemos. Onda sinusoidal donde es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico). lo cual provocó al fin la derrota de Edison en la batalla de las corrientes. Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y. el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura. la fórmula anterior se suele expresar como: donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del período Página 65 . Corriente alterna frente a continua La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformación. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad. que permite elevar la tensión de una forma eficiente. la onda senoidal no tiene esta indeterminación matemática y presenta las siguientes ventajas: La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energía eléctrica. • • • la pulsación en radianes/segundo. La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión. al contrario en corriente alterna se cuenta con un dispositivo: el transformador. Su transformación en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilización de transformadores. elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión). la intensidad y el tiempo. el tiempo en segundos. con bajas pérdidas por causa del efecto Joule y otros efectos asociados al paso de corriente tales como la histéresis o las corrientes de Foucault. Las matemáticas y la CA senoidal Algunos tipos de ondas periódicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresión matemática. Esto es una aplicación directa de las series de Fourier. lo cual no es muy práctico. por tanto. cualidad de la que carece la corriente continua. mediante un transformador. Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna. y el ángulo de fase inicial en radianes. su valor medio es nulo. lo que significa que tiene los Página 66 . el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. (root mean square. Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Pico o cresta: Valor máximo. la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del valor "0". El valor de pico Valor medio (A): Valor del área que forma con el eje de abcisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abcisas y negativa si está por debajo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente. el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. determinado. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión: Para ilustrar prácticamente los conceptos anteriores se considera. de signo positivo (+).S. a partir del punto “0”. V. una señal sinusoidal que oscila entre +Ay -A. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1. por ejemplo. Matemáticamente. Electromagnético. Valores significativos A continuación se indican otros valores significativos de una señal sinusoidal: • • • • • Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo. El valor medio se puede interpretar como la componente de continua de la onda sinusoidal. la corriente alterna en la red eléctrica doméstica en Europa: cuando se dice que su valor es de 230 V CA. se está diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V. valor cuadrático medio). que toma la onda sinusoidal del espectro. En el campo industrial. cada medio ciclo. Valor eficaz (A): su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. y de hecho en matemáticas a veces es llamado valor cuadrático medio de una función. De ahí que por rapidez y claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral la distribución son 50 Hz y 60 Hz.M. se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período: En la literatura inglesa este valor se conoce como R. etc. P. t. un fasor puede ser definido fácilmente por un número complejo. al que se denomina fasor o vector de Fresnel. lo que equivale a decir que cada ciclo de la onda sinusoidal tarda 20 ms en repetirse. por lo que puede emplearse la teoría de cálculo de estos números para el análisis de sistemas de corriente alterna. La razón de utilizar la representación fasorial está en la simplificación que ello supone. Si se desea conocer. o bien denominada forma binómica. para la red de 230 V CA. Consideremos. una tensión de CA cuyo valor instantáneo sea el siguiente: V = 2 x (2)1/2 Tomando como módulo del fasor su valor eficaz. se obtiene despejando de la ecuación antes reseñada: Así. la representación gráfica de la anterior tensión será la que se puede observar en la figura 4. por ejemplo. y se anotará: denominadas formas polares. Su frecuencia es de 50 Hz. a modo de ejemplo. 2+2j Página 67 .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral mismos efectos caloríficos que una tensión de 230 V de CC. La tensión de pico positivo se alcanza a los 5 ms de pasar la onda por cero (0 V) en su incremento. se empleará la función sinsoidal: Representación Fasorial Una función senoidal puede ser representada por un vector giratorio (figura 3). • Su módulo será el valor máximo o el eficaz. la tensión de pico es de aproximadamente 325 V y de 650 V (el doble) la tensión de pico a pico. Su tensión de pico (amplitud). Matemáticamente. que tendrá las siguientes características: • Girará con una velocidad angular ω. el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento. según convenga. y 10 ms después se alcanza la tensión de pico negativo. denominado neutro. Existen por tanto cuatro posibles interconexiones entre generador y carga: 1. arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes entre sí. desfasadas una respecto a la otra 120 grados. El retorno de cada uno de éstos circuitos o fases se acopla en un punto. es cero. si el sistema está equilibrado. según el diagrama que se muestra en la figura 5. Estrella .Delta Delta . La corriente trifásica está formada por un conjunto de tres formas de onda. Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas.Delta El sistema trifásico es un tipo particular dentro de los sistemas polifásicos de generación eléctrica.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Corriente trifásica La generación trifásica de energía eléctrica es la forma más común y la que provee un uso más eficiente de los conductores. 2.Estrella Delta .Estrella Estrella . existiendo también la conexión en triángulo o delta en las que las bobinas se acoplan según esta figura geométrica y los hilos de línea parten de los vértices. donde la suma de las tres corrientes. aunque con mucho el más utilizado. 3. Página 68 . La utilización de electricidad en forma trifásica es común mayoritariamente para uso en industrias donde muchas de las máquinas funcionan con motores para esta tensión. con lo cual el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables Esta disposición sería la denominada conexión en estrella. 4. Un árbol de 50 m de alto proyecta una sombra de 60 m de larga. Encontrar el ángulo de elevación del sol en ese momento. Trabajo Práctico Nro U4TP2: 1. Dibujar un gráfico de una señal de 25 hertz y 50 Volts de aplitud máxima 3. Hallar el radio de una circunferencia sabiendo que una cuerda de 24.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U4TP1: 1. 3. 4. Efectuar un gráfico superponiendo las dos señales graficadas en los puntos 1 y 2 anteriores Página 69 . Un dirigible que está volando a 800 m de altura. 5. 10.7°. De un triángulo rectángulo ABC. Calcula la altura de un árbol. De un triángulo rectángulo ABC. Hallar los radios de la circunferencia inscrita y circunscrita. De un triángulo rectángulo ABC. De un triángulo rectángulo ABC.6°. se conocen a = 6 m y b = 4 m. se conocen a = 5 m y B = 41. Resolver el triángulo. sabiendo que dos de sus lados miden 80 m y 130 m. se conocen b = 3 m y B = 54. Efectuar un gráfico de una señal sinusoidal de 50 hertz y 50 Volts de amplitud máxima 2. ¿A qué distancia del pueblo se halla? 7. Resolver el triángulo. Resolver el triángulo 2. se conocen b = 3 m y c = 5 m. distingue un pueblo con un ángulo de depresión de 12°. Resolver el triángulo. 9. y forman entre ellos un ángulo de 70°. Calcular el área de una parcela triangular. sabiendo que desde un punto del terreno se observa su copa bajo un ángulo de 30° y si nos acercamos 10 m. bajo un ángulo de 60°.6 m tiene como arco correspondiente uno de 70° 8. 6. La longitud del lado de un octógono regular es 12 m. o que es lo mismo. Por último. es decir. La electricidad se puede producir mecánicamente o químicamente por la generación de energía eléctrica. luz (lámpara incandescente). Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles. Watt. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Vatio. la potencia también puede calcularse como Potencia en corriente alterna Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal. Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I. el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios. movimiento (motor eléctrico). V y P. puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. sonido (altavoz) o procesos químicos. Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. P estará expresada en watts (vatios). o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Cuando una corriente eléctrica fluye en un circuito. Si I se expresa en amperios y V en voltios. como calor. de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 5: Potencia Eléctrica La potencia eléctrica es la relación de transferencia de energía por unidad de tiempo. Esto es. Potencia en corriente continua: Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales. En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión sinusoidal con velocidad angular y valor de pico resulta: Esto provocará una corriente retrasada un ángulo respecto de la tensión aplicada: La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores: Página 70 . se puede almacenar químicamente en baterías. Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces: Se obtiene así para la potencia un valor constante. V. respectivamente: Potencia Compleja Figura 2. y las de sus componentes activa. y otro variable con el tiempo. Sus valores son: El producto de la intensidad. Se define componente activa de la intensidad. su valor medio será cero. En el que la corriente y la tensión tienen un desfase φ. Ia. Ir. izquierda y capacitivo.. Consideremos un circuito de C. es la suma (vectorial) de la potencia Página 71 .Componentes activa y reactiva de la intensidad. A. Para entender mejor qué es la potencia fluctuante. por la tensión. y reactiva. La potencia compleja (cuya magnitud se conoce como potencia aparente) de un circuito eléctrico de corriente alterna.Relación entre potencia activa. Por lo tanto la potencia fluctuante es debida a un solenoide o a un condensador. activa (P) y reactiva (Q).. a la que está en cuadratura con ella (véase Figura 1). Ello sólo es posible si caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo puro. Tales elementos no consumen energía sino que la almacenan en forma de campo magnético y campo eléctrico. a la componente de ésta que está en fase con la tensión. Componentes de la intensidad Figura 1. supuestos inductivo. I. aparente y reactiva. Ir. y componente reactiva. imaginemos un circuito que sólo tuviera una potencia de este tipo. Ia. da como resultado las potencias aparente (S). Potencia Fluctuante Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal. derecha. Lo que reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los elementos reactivos. Se la designa con la letra S y se mide en voltiamperios (VA) (la potencia activa se mide en vatios (W). A partir de su expresión. se mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q. por lo que no produce trabajo necesario. Esta potencia es. la realmente consumida por los circuitos. y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos. activa o real) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva). salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1). Cuando se habla de demanda eléctrica. y la reactiva se mide en voltiamperios reactivos (VAR) La fórmula de la potencia aparente es: Potencia Activa Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" las bobinas y condensadores. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios). térmica. es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral que disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo (conocida como potencia promedio. lumínica. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica. química. la ley de Ohm y el triángulo de impedancias: Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos. De acuerdo con su expresión. Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). etc. por lo tanto. Potencia Trifásica La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado está dada por la ecuación: Página 72 . Potencia Reactiva Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. Esta potencia no es la realmente "útil". La potencia reactiva tiene un valor medio nulo. 35. Efectuar un gráfico del triángulo de potencias a escala y detallar el valor de Potencia Aparente y el cosφ. Si la potencia Activa de un sistema eléctrico es de 250KW y la Potencia reactiva es de 125KVAR.7. Efectuar un gráfico 6. I cos (ϕ) – V. Si las lámparas tienen un cosφ de 0. Una instalación eléctrica industrial. Efectuar un gráfico 9.- Trabajo Práctico Nro U5TP2: Resolver los siguientes problemas: 4. dispuestas de a 6 lámparas por fase. tiene 1200 KVAR capacitivos. 380 Vca/50 hz de 3KVA tiene un cosφ de 0.13. Efectuar un gráfico 12.ϕ) Donde : V = 220Vac. ω = 50 ciclos/segundo Página 73 . Calcular la potencia aparente de un sistema cuya potencia activa es de 200KW y su potencia reactiva es de 200KVAR? Calcular además su coseno de ϕ. ¿de cuánto es su potencia aparente y su coseno de ϕ ?.I cos(2ωt.3.5. Efectuar un gráfico 11. Calcular los valores correspondientes de Potencia Activa y Reactiva y efectuar un gráfico del triángulo de potencias a escala. Efectuar un gráfico 7. Calcule de cuanto es el ángulo de desfasaje entre tensión y corriente de un sistema cuyo coseno de ϕ es de 0. Un motor trifásico de 1500 rpm. Efectuar un gráfico 10. Si la potencia de un sistema responde a la fórmula expresada a continuación. ¿Cuántos KVAR inductivos deberá agregar al sistema para que su coseno de ϕ sea de 0.97.97?. Calcule de cuanto es el ángulo de desfasaje entre tensión y corriente de un sistema cuyo coseno de ϕ es de 0. Φ = 10°.2. Si un sistema eléctrico consume 750KVAR y 250KW. Calcular los valores de Potencia Activa y Potencia Reactiva de un sistema eléctrico cuya Potencia Aparente es de 170 KVA y su coseno de ϕ es de 0. Calcular los valores de Potencia Activa y Potencia Reactiva de un sistema eléctrico cuya Potencia Aparente es de 100 KVA y su coseno de ϕ es de 0.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U5TP1: 1. I = 5 A. ¿Cuántos KVAR capacitivos deberá agregar al sistema para que su coseno de ϕ sea de 0. Un galpón se encuentra iluminado por 18 lámparas mezcladoras de 500Watts cada una. ¿Cuánto vale su potencia aparente? .97?. P(t) = V . Si un sistema eléctrico tiene una potencia activa de 1000KW y su potencia reactiva inductiva pura es de 100KVAR. Si un sistema eléctrico tiene una potencia activa de 1800KW y su potencia reactiva capacitiva pura es de 200KVAR.8.7. Efectuar un gráfico 8. Calcular la potencia total instalada y efectuar un gráfico del triángulo de potencias a escala. 1500KVAR inductivos y 2100KW de potencia activa. Efectuar un gráfico 5. Efectuar un gráfico donde se representen 2 ciclos completos.14. También se fabrican resistencias bobinadas recubiertas con cápsula cerámica. Resistencias Bobinadas: Están formadas por un hilo o una cinta metálica de gran resistencia bobinada sobre un tubo de material cerámico.2. aumenta con el aumento de la temperatura. Dependientes: 3.1.2. Dependientes de la Temperatura o Termistores 3.1.1. Resistencias Aglomeradas: Están formadas por u aglomerado de carbón y resina. Resistencias NTC (coeficiente negativo de temperatura). de variada forma u construcción 3.4. de disco o con envoltura metálica. Dependientes del Campo Magnético o Placas de Campo Termistores: Son resistencias cuyo valor depende de la temperatura 1.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 6: FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Componentes Electrónicos Pasivos: Son las resistencias.2.3. bobinas y condensadores utilizados en los circuitos eléctricos Tipos de Resistencias: 1. Resistencia Nominal: Resistencia a la temperatura de 25°C sin disipación apreciable de potencia Página 74 . Resistencias de Depósito: Están formadas por una capa muy delgada de carbón o metálica depositada sobre un cilindro de material cerámico. Fijas: Tienen dos terminales y un valor óhmico determinado fijo 2. Su resistencia dentro de un intervalo determinado de temperaturas. Variables: Son los potenciómetros o reóstatos. Resistencias PTC (coeficiente positivo de temperatura).1.Sus características principales son : 1. Disminuye con el aumento de la temperatura.3. Su resistencia dentro de un intervalo determinado de temperaturas. Dependientes de la tensión o Varistores 3. Según su funcionamiento las resistencias pueden ser: 2.1.2.2. Según su construcción las resistencias más utilizadas son: 1.Símbolo NTC Símbolo PTC Se fabrican con óxidos metálicos semiconductores y se presentan en forma de resistencia cilíndrica. Dependientes de la iluminación o Fotorresistores 3. moldeado en forma de cilindro y mezclado en proporciones variables para conseguir los distintos valores de resistencia. El conjunto se recubre con una capa de esmalte vítreo o cemento resistente a altas temperaturas. 2. Potencia Máxima: Potencia que disipa cuando la temperatura del termistor a 25°C hasta la temperatura máxima de funcionamiento Fotorresistencias: Son resistencias (LDR) cuyo valor varía según la iluminación que reciben. La resistencia del varistor disminuye su valor cuando la tensión aumenta. Potencia máxima admisible: Máxima potencia que puede disipar sin deteriorarse Varistores: Son resistencias (VDR) cuyo valor depende de la tensión aplicada. Potencia Nominal: Máxima potencia de disipación en funcionamiento continuo Placas de Campo: Son resistencias (RDM) cuyo valor depende del campo magnético. El valor de la resistencia aumenta cuando está dentro de un campo magnético. que se indica en cifras en el cuerpo del condensador o por colores según el código. Este valor es muy elevado y se mide en MΩ.Sus características principales son: 1. Temperatura máxima de funcionamiento: Máxima temperatura a la que conserva la estabilidad de sus características de funcionamiento continuo.- Página 75 . Característica Tensión – Intensidad: Curva que relaciona la tensión aplicada al varistor y la intensidad de corriente que pasa por él 2.3. Resistencia de Aislamiento: Valor de la resistencia que presenta entre sus bornes a la circulación de corriente continua.2.3.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral 2. Intensidad máxima admisible: Máxima intensidad de corriente que puede circular por ella sin deteriorar sus propiedades 3.Se fabrican con carburo de silicio y se suelen presentar en forma de disco. expresada en tanto por ciento del valor nominal. La resistencia disminuye de valor cuando la iluminación aumenta. Tensión de trabajo: Máxima tensión que puede aplicarse al condensador en funcionamiento sin riesgo de deterioro. Valor Nominal: Capacidad medida en submúltiplos del Faradio. Tolerancia: Máxima diferencia entre el valor nominal y el teórico de capacidad.4. Resistencia en la oscuridad: Valor de resistencia sin recibir iluminación.Sus características principales son: 1. que es un material semiconductor (Ver Efecto Hall) Valores característicos de los CONDENSADORES: 1.Se fabrican de ANTIMONIURO DE NIQUEL.Se fabrican con sulfuro de cadmio y se presentan en forma de cápsula transparente. Condensadores de papel: Formadas por dos láminas de aluminio arrolladas y separadas por un papel parafinado 1. al cabo de 5 constantes de tiempo. Condensadores de vidrio: Se los utiliza en aplicaciones que requieren estabilidad Página 76 .3. Se llama constante de tiempo del circuito τ (Tau). Condensadores Cerámicos: Formadas por una pieza cerámica con dos caras metalizadas 1. 5 τ.- Tipos de Condensadores 1.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Constante de Tiempo: El tiempo de cargo y/o descarga de un condensador en un circuito será tanto más largo cuando mayores sean las resistencias del circuito y la capacidad. Condensadores de mica: Formadas por dos láminas metálicas separadas por mica 1. Según el tipo de dieléctrico utilizado se los puede clasificar en: 1.5. Condensadores electrolíticos: Sestan formados por armaduras de aluminio o tantalio que tienen un dieléctrico en capa de óxido de muy poco espesor. Condensadores de aire: Formadas por dos láminas metálicas planas separadas por aire.6.2. al producto de la resistencia en serie del circuito por la capacidad del condensador τ= RC En una constante de tiempo el condensador alcanza la carga al 63% de la tensión final y en la descarga el 37% de la tensión inicial. Condensadores de plástico: Normalmente se usa el poliéster y estirofléx 1. Puede considerarse el condensador totalmente cargado o descargado. con lo que se consiguen capacidades elevadas.7.4. medida en segundos. Suelen ser variables o ajustables 1. Sus armaduras tienen una polaridad definida por lo que no se pueden conmutar 1.1. B.1. Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. Condensadores variables: Con capacidad variable. Bobinas sin núcleo: El circuito magnético es de aire. TeCd. Se los utiliza en alta y media frecuencia 2. Elemento Al. aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa. que se consigue variando la posición de las armaduras mediante un sistema mecánico. Condensadores fijos: Tienen capacidad constante 2. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes. Según la constitución de su circuito magnético: 1.2. SeCd y SCd). (S) Grupo III A IV A VA VI A Electrones en la Última Capa 3 e4 e5 e6 e- El elemento semiconductor más usado es el silicio. Sb Se. In Si. Página 77 . Ge P. Condensadores ajustables: Tienen capacidad variable.1. C.1.3. Según la constante de autoinducción: 2. Con núcleo de Ferrita: Con núcleo de Ferrita ( mezcla de óxido de hierro con otros óxidos metálicos). PIn. Te. Con núcleo ferromagnético: El núcleo suele ser de chapas magnéticas y se las utiliza para aplicaciones de baja frecuencia 1. Fijas: Coheficiente de autoinducción fijo 2. teniendo el silicio una configuración electrónica s²p². Variables: Coheficiente de autoinducción Variable SEMICONDUCTOR Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Ga. Se las suele bobinar en tubos de plástico 1. Según la constancia de su capacidad 2.2. AsGaAl.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral 2. pero el sistema mecánico utilizado no está diseñado para variar continuamente su capacidad.3. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.Valores característicos de las Bobinas 1. As. Tienen una elevada permeabilidad magnética.2.2. Nótese que cada electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil. Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo n considérese el caso del silicio (Si).. absorbiendo la energía necesaria. Sucede que. en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios. algunos electrones pueden. de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece invariable. es decir. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente. Este electrón extra da como resultado la formación de "electrones libres".12 y 0. Cuando el material dopante es añadido. se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio. y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero. Los átomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro. tales como los del grupo VA de la tabla periódica (ej. elementos trivalentes o pentavalentes. Las energías requeridas. El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Semiconductores intrínsecos Es un cristal de silicio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos. las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. a una determinada temperatura. entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no enlazado. se le añade un pequeño porcentaje de impurezas. saltar a la banda de conducción. Evidentemente. arsénico (As) o antimonio (Sb)). Si un átomo con cinco electrones de valencia. el semiconductor se denomina extrínseco. y de recombinación se igualan. Página 78 .67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.. las velocidades de creación de pares e-h.. Obviamente el proceso inverso también se produce. Semiconductor tipo N Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativas o electrones). por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. se cumple que: ni = n = p Semiconductores extrínsecos Si a un semiconductor intrínseco. se le denomina recombinación. y se dice que está dopado. son llamados átomos donadores. A este fenómeno. a un hueco en la banda de valencia liberando energía. de modo que los electrones pueden caer desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción. el número de electrones en el material supera ampliamente el número de huecos. A causa de que los átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que "dar". a temperatura ambiente son de 1. dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). éste aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. como el anterior. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas). en la figura representados en el plano por simplicidad. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante ya que da algunos de sus electrones. fósforo (P). entonces ese átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrara en condición de aceptar un electrón libre. De forma simplificada.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Semiconductor tipo P Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado. la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial. Así los dopantes crean los "huecos". empleado de la empresa Marconi. y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado por un electrón. calentándolo por efecto Joule. Los diamantes azules (tipo IIb). El filamento está tratado Página 79 . Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos. Cuando el material dopante es añadido. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. Al. Así. los huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. se les suele denominar rectificadores. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison. ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal. mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. No obstante. Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío. que contienen impurezas de boro (B). In). cuando cada hueco se ha desplazado por la red. Al igual que las lámparas incandescentes. con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio. Ga. En el caso del silicio. como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Debido a este comportamiento. los huecos son los portadores mayoritarios. Por esta razón un hueco se comporta como una cierta carga positiva. tales como los del grupo IIIA de la tabla periódica (ej. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos. los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente. un átomo tetravalente (típicamente del grupo IV A de la tabla periódica) se le une un átomo con tres electrones de valencia. éste libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. se comporta como un circuito abierto (no conduce). son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural. DIODOS Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. también llamados válvulas termoiónicas constituídos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal. añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos). B. cargada positivamente (el ánodo). son neutros. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga eléctrica. con lo que estos electrones Página 80 . zona que recibe diferentes denominaciones como zona de carga espacial. permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión. no podrá ceder electrones. el número de electrones y protones es el mismo. Al unir ambos cristales. la zona de carga espacial va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión.3 V si los cristales son de germanio. ya que en cada cristal. Al dispositivo así obtenido se le denomina diodo. Por esa razón. de lo que podemos decir que los dos cristales. Sin embargo. se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0. al extremo p se le denomina ánodo (representándose por la letra A) mientras que al extremo n se le denomina cátodo (se representa por la letra C o K). curvada por un muelle doble.7 V en el caso del silicio y 0. la zona de carga espacial es mucho mayor. es decir. Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión. de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa. Formación de la zona de carga espacial. de agotamiento. de vaciado. de deplexión. los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad. que en un caso como el descrito. la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p. A medida que progresa el proceso de difusión. Diodo pn o Unión pn Los diodos pn. que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos. se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je). por lo que también reciben la denominación de unión pn. tanto el p como el n. se dice que no está polarizado. Dado que los electrones fluyen desde la zona n hacia la zona p. la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial. (Su carga neta es 0). Para que un diodo esté polarizado directamente. Evidentemente.5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro. Polarización directa de un diodo En este caso. La anchura de la zona de carga espacial una vez alcanzado el equilibrio.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral con óxido de bario. etc. si el cátodo no se calienta. son uniones de dos materiales semiconductores extrínsecos tipos p y n. tal que no se encuentra sometido a una diferencia de potencial externa. suele ser del orden de 0. produciéndose así la conducción. el diodo polarizado directamente conduce la electricidad. Existen también diodos de protección térmica los cuales son capaces de proteger cables. crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento. En estas condiciones podemos observar que: El polo positivo de la batería repele los electrones libres del cristal n. los átomos pentavalentes que antes eran neutros. los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio. al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción. existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia. lo que hace aumentar la zona de carga espacial. los electrones libres del cristal n. y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p. Página 81 . cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. tal y como se explica a continuación: El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n. siendo el electrón que falta el denominado hueco. Polarización inversa de un diodo En este caso. ya que en la superficie. tienen solamente 7 electrones de valencia. Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial. No obstante. Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial. los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n. conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo. el diodo no debería conducir la corriente. el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n. adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral se dirigen hacia la unión p-n. los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n. como su propio nombre indica. al igual que la corriente inversa de saturación. con lo que se convierten en iones positivos. debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación. El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. desde el cual se introduce en el hilo conductor y no llega hasta la batería. El polo negativo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p. sin embargo. ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p. caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1. Además. esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n. la corriente superficial de fuga no es despreciable. adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia. convirtiéndose así en iones negativos. En esta situación. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Curva característica del diodo 1. Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ):La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente. 2. Corriente máxima (Imax ): Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo. 3. Corriente inversa de saturación (Is ): Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura. 4. Corriente superficial de fugas: Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas. 5. Tensión de ruptura (Vr ): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha. Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos: Efecto avalancha (diodos poco dopados): En polarización inversa se generan pares electrónhueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V. Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores. Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos. Página 82 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral FOTODIODO Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad. DIODO LED Un led o diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de led UV (ultraviolet light: „luz ultravioleta‟) y los que emiten luz infrarroja se llaman IRED (InfraRed Emitting Diode). El nombre español proviene del acrónimo inglés LED (Light-Emitting Diode: „diodo emisor de luz‟). DIODO VARICAP El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V. La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensión). En tecnología de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensión en el diodo, su capacidad varía, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente. Página 83 IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral DIODO TUNEL El Diodo túnel es un diodo semiconductor que tiene una unión pn, en la cual se produce el efecto túnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corrientetensión. La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización como componente activo (amplificador/oscilador). También se conocen como diodos Esaki, en honor del hombre que descubrió que una fuerte contaminación con impurezas podía causar un efecto de tunelización de los portadores de carga a lo largo de la zona de agotamiento en la unión. Una característica importante del diodo túnel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarización directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo túnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que involucran microondas y que están relativamente libres de los efectos de la radiación. DIODO ORGANICO DE EMISIÓN DE LUZ Un diodo orgánico de emisión de luz, también conocido como OLED (acrónimo del nglés: Organic Light-Emitting Diode), es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan, a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. Existen muchas tecnologías OLED diferentes, tantas como la gran diversidad de estructuras (y materiales) que se han podido idear (e implementar) para contener y mantener la capa electroluminiscente, así como según el tipo de componentes orgánicos utilizados. Las principales ventajas de las pantallas OLED son: más delgados y flexibles, más contrastes y brillos, mayor ángulo de visión, menor consumo y, en algunas tecnologías, flexibilidad. Pero la degradación de los materiales OLED han limitado su uso por el momento. Actualmente se está investigando para dar solución a los problemas derivados de esta degradación, hecho que hará de los OLED una tecnología que puede reemplazar la actual hegemonía de las pantallas LCD (TFT) y de la pantalla de plasma. Página 84 En general estas capas están Página 85 . pantalla de ordenador. lo que ya ha dado lugar a desarrollar pantallas plegables o enrollables. con formatos que bajo cualquier diseño irán desde unas dimensiones pequeñas (2") hasta enormes tamaños (equivalentes a los que se están consiguiendo con LCD).[5] Recientemente. del Journal of the Chemical Society.[6] Estructura básica Un OLED está compuesto por dos finas capas orgánicas: capa de emisión y capa de conducción. algunas tecnologías OLED tienen la capacidad de tener una estructura flexible. etc.. así como fuentes de luz para iluminar espacios generales. etc.[3] Heeger. Historia La electroluminiscencia en materiales orgánicos fue producida en los años 50 por Bernanose y sus colaboradores. indicadores de información o de aviso. reproductores MP3. que a la vez están comprendidas entre una fina película que hace de terminal ánodo y otra igual que hace de cátodo. Shirakawa et al. de la revista Nature. MacDiarmid & Shirakawa recibieron el premio Nobel de química de 2000 por el "descubrimiento y desarrollo de conductividad en polímeros orgánicos". OLED puede y podrá ser usado en todo tipo de aplicaciones: pantallas de televisión... PDA. pantallas de dispositivos portátiles (teléfonos móviles. en 2008.[4] En un artículo de 1990.[1] Además.). comunicaron el descubrimiento de una alta conductividad en poliacetileno dopado con yodo.[2] En un artículo de 1977.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Por todo ello. Burroughs et al. Mediante los OLED también se pueden crear grandes o pequeños carteles de publicidad. ha aparecido en castellano un trabajo de revisión y puesta al día sobre la tecnología OLED. y en el futuro quizá pantallas sobre ropa y tejidos. comunicaron el desarrollo de un polímero de emisión de luz verde con una alta eficiencia. Página 86 . y se observa un punto de luz de un color determinado. los unos con los otros. La suma de muchas de estas recombinaciones. y se recombinan (en el sentido inverso de la carga no habría recombinación y el dispositivo no funcionaría). Esto causa una corriente de electrones que fluye en este sentido. la capa de emisión comienza a cargarse negativamente (por exceso de electrones). porque en los semiconductores orgánicos los huecos se mueven más que los electrones (no ocurre así en los semiconductores inorgánicos). Esto sucede más cerca de la capa de emisión. Sus niveles de conductividad eléctrica van desde los niveles aisladores hasta los conductores. Principio de funcionamiento Se aplica voltaje a través del OLED de manera que el ánodo sea positivo respecto del cátodo. que ocurren de forma simultánea. y por ello se llaman semiconductores orgánicos (ver polímero semiconductor). pero esto quita la flexibilidad a las pantallas aunque las moléculas sí lo sean. Así. La elección de los materiales orgánicos y la estructura de las capas determinan las características de funcionamiento del dispositivo: color emitido. en forma de fotón.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral hechas de moléculas o polímeros que conducen la electricidad. Típicamente se utilizan sustratos de vidrio para hacer el vacío. Dicho electrón pasa de una capa energética mayor a otra menor. La recombinación es el fenómeno en el que un átomo atrapa un electrón. Seguidamente. La producción de pantallas con pequeñas moléculas requiere una deposición en el vacío de las moléculas que se consigue con un proceso de producción mucho más caro que con otras técnicas (como las siguientes). mientras que la capa de conducción se carga con huecos (por carencia de electrones). tiempo de vida y eficiencia energética. Tecnologías relacionadas SM-OLED (Small-molecule OLED) Los SM-OLED se basan en una tecnología desarrollada por la compañía Eastman Kodak. Las fuerzas electrostáticas atraen a los electrones y a los huecos. es lo que llamaríamos imagen. liberándose una energía igual a la diferencia entre energías inicial y final. el cátodo da electrones a la capa de emisión y el ánodo los sustrae de la capa de conducción. La recombinación causa una emisión de radiación a una frecuencia que está en la región visible. y cuando son alimentados desde una batería pueden operar largamente con la misma carga. Por otra parte. los procesos de fabricación de OLED pueden utilizar conocidas tecnologías de impresión de tinta (en inglés. LED y pantallas de plasma. no es necesario y los polímeros pueden aplicarse sobre el sustrato mediante una técnica derivada de la impresión de chorro de tinta comercial (llamada inkjet en inglés). Menos consumo . verdes y azules. haciendo mucho más fácil el poder ver las pantallas con la luz del sol. TOLED (Transparent OLED) Los TOLED usan un terminal transparente para crear pantallas que pueden emitir en su cara de delante. Por una parte. Más escalabilidad y nuevas aplicaciones. Las mejoras en la resolución de las pantallas se triplican y se realza por completo la calidad del color. a diferencia de los SM-OLED. las pantallas OLED pueden ser activadas a través de un método de conducción de la corriente por matriz que puede tener dos esquemas diferentes y da lugar a las tecnologías PMOLED y AMOLED. unos encima de otros en vez de disponerlos a los lados como sucede de manera normal en los TRC y LCD. las capas orgánicas de polímeros o moléculas de los OLED son más delgadas. Los OLED no necesitan la tecnología backlight. Los píxeles de OLED emiten luz directamente. es decir. Más económicos. Por eso. los OLED muestran imágenes con menos potencia de luz. conocida como inkjet). como un plástico PET. Implementación en matrices Aparte de las tecnologías anteriores. en la de atrás. los elementos orgánicos y los sustratos de plástico serán mucho más económicos. luminosas y mucho más flexibles que las capas cristalinas de un LED o LCD. SOLED (Stacked OLED) Los SOLED utilizan una arquitectura de píxel novedosa que se basa en almacenar subpíxeles rojos. Brillo y Contraste. Se utiliza una película de sustrato muy delgada y se obtiene una pantalla de gran intensidad de color que requiere relativamente muy poca energía en comparación con la luz emitida. a diferencia de los LCD que no pueden mostrar un verdadero “negro” y lo componen con luz consumiendo energía continuamente. que ofrece flexibilidad frente a la rigidez del cristal que da soporte a los LCDs o pantallas de plasma. Se basan en un polímero conductivo electroluminiscente que emite luz cuando le recorre una corriente eléctrica. o en ambas consiguiendo ser transparentes. los PLED pueden ser producidos de manera económica. en algunas tecnologías el sustrato de impresión de los OLED puede ser el plástico. hecho que disminuirá los costes de producción. Principales ventajas Los OLED ofrecen muchas ventajas en comparación con los LCD. El sustrato usado puede ser flexible. respecto a los LCDs posibilitan un rango más grande de colores y contraste. Más delgados y flexibles.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral PLED (PolymerLight-EmittingDiodes) Los PLED o LEP (Light-Emitting Polymers) han sido desarrollados por la Cambridge Display Technology. El vacío. Con todo ello. En general. Los TOLED pueden mejorar enormemente el contraste con el entorno. Así. La capacidad futura de poder escalar las pantallas a Página 87 . También. un elemento OLED apagado realmente no produce luz y no consume energía. su exposición al agua.[cita requerida ] Con esta tecnología se podrían construir todo tipo de pequeños aparatos eléctricos que se podrían autoabastecer de energía. Los componentes orgánicos (moléculas y polímeros) se ha visto que son difíciles de reciclar (alto coste. De momento no hay ninguna fecha para su comercialización. Una membrana metálica ayuda a la luz a pasar desde los polímeros del sustrato a través de la superficie del vidrio más eficientemente que en los OLED actuales. a no ser que se apueste por un diseño que se utilice en economías de escala. pero ya se está hablando de cómo hacerlo para su fabricación masiva. por lo que la pantalla es totalmente resistente a ambientes húmedos. y aislado del ambiente. Impacto medioambiental. El agua puede fácilmente estropear en forma permanente los OLED. este periodo de funcionamiento es mucho menor que el promedio de los LCD que dependiendo del modelo y del fabricante pueden llegar a las 60. Proceso de fabricación caro.000 horas (8 horas diarias durante 5 años). Mejor visión bajo ambientes iluminados. poder enrollar y doblar las pantallas en algunas de las tecnologías OLED que lo permiten. ya que el material es orgánico. Página 88 . abre las puertas a todo un mundo de nuevas aplicaciones que están por llegar. actualmente tienen una duración cercana a las 14. Al emitir su propia luz. complejas técnicas). PLED experimentales pudieron sostener 400 cd/m² en brillo por más de 198. Más allá En la actualidad existen investigaciones[cita requerida ] para desarrollar una nueva versión del LED orgánico que no sólo emita luz. puede ser mucho mas visible bajo la luz del sol. que una LCD. Agua.000 para los azules. es por esto que el material orgánico de una OLED. sobre todo. una pantalla OLED. Desventajas y problemas actuales Tiempos de vida cortos. sin embargo la capa azul no es tan duradera. tiende a acelerar el proceso de biodegradación.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral grandes dimensiones hasta ahora ya conseguidas por los LCD y. El resultado es la misma calidad de imagen con la mitad del brillo y el doble de la vida útil esperada. colocando la vida útil por encima de la promedio de la de las pantallas LCD.000 horas para OLED verdes y 62. sino que también recoja la energía solar para producir electricidad.. Ello puede causar un impacto al medio ambiente muy negativo en el futuro. y los procesos de fabricación (sobre todo inicialmente) son económicamente elevados.000 horas. suele venir protegido. En el 2007. Actualmente la mayoría de tecnologías OLED están en proceso de investigación. Las capas OLED verdes y rojas tienen largos tiempos de vida. Toshiba y Panasonic han encontrado una manera de resolver este problema con una nueva tecnología que puede duplicar la vida útil de la capa responsable del color azul. 1 0.7 1 1. Corriente que describa el funcionamiento del circuito – Ver hoja de datos del diodo Vcc [Volt] I [Amperes] -3 -2 -1 0 0. resolverlo y efectuar un gráfico Tensión.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U6TP1: Resolver los siguientes problemas: 1. Dado el siguiente circuito. Corriente que describa el funcionamiento del circuito – Ver hoja de datos del diodo Vcc [Volt] I [Amperes] -3 -2 -1 0 0. Dado el siguiente circuito.2 2 10 20 2.1 0.4 0.4 0. resolverlo y efectuar un gráfico Tensión.7 1 1.2 2 10 20 Página 89 . Corriente que describa el funcionamiento del circuito en dos ciclos de tensión teniendo en cuenta que esta es de 12 Vca 50 Hertz – Ver hoja de datos del diodo HOJA DE DATOS Parámetro I(max) Vd Vdmáx Vr Valor 1 Amper 0. resolverlo y efectuar un gráfico Tensión. Dado el siguiente circuito.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral 3.7 Volts 1 Volt -8 Voltios Página 90 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U6TP2: Resolver los siguientes Circuitos: 1- 2- Página 91 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Trabajo Práctico Nro U6TP3: Resolver los siguientes Circuitos: 1- 2- Página 92 . es el equivalente electrónico de los interruptor/es mecánicos. Funcionamiento básico El tiristor es un conmutador biestable. "Bill" Gutzwiller. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN. por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada.E.: puerta) es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica. a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC. es decir.[1] otras definen al SCR como un tipo de tiristor. J3 respectivamente). Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950. aunque no son capaces de soportar grandes sobrecargas de corriente. el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. es decir.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 7: FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA TIRISTOR El tiristor (gr. el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP). por tanto. Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR). Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en una única dirección. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor. El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo. es capaz de dejar pasar plenamente o bloquear por completo el paso de la corriente sin tener nivel intermedio alguno. Gordon Hall lideró el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior comercialización por G. Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Este principio básico puede observarse también en el diodo Shockley. El diseño del tiristor permite que éste pase rápidamente a encendido al Página 93 .'s Frank W. Se crean así 3 uniones (denominadas J1. dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. J2. tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el tiristor conduzca. mucho menor que la de enganche. Si aumenta esta corriente de compuerta. También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo. sin la cual el dispositivo dejaría de conducir. revirtiendo en la activación del dispositivo. se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la activación con retroalimentación. provocándose la destrucción del elemento (por avalancha en la unión). por lo que aumentarán las corrientes de fuga. con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo. hasta llegar al mismo silicio. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica. o bien. es decir la tensión en el ánodo es mayor que en el cátodo. Formas de activar un tiristor Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo. gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo. hasta el punto de la destrucción del mismo. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una corriente de sostenimiento. abriendo el circuito. Este método también puede dañar el dispositivo. Página 94 . disminuirá el voltaje de bloqueo directo. esta corriente puede llegar a ser 1. Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de puerta IG (intensidad de puerta). Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON. y el tiristor puede activarse. Si se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se alcance el punto de tensión inversa máxima. la inyección de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo activará. A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. y gracias a la acción regenerativa. esta fuga tiende a evitarse. y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo conduzca. Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares electrón-hueco. normalmente cuando en un diseño se establece este método como método de activación. el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor. Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo. Corriente de Compuerta: Para un tiristor polarizado en directa.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control. debe generarse una corriente de enganche positiva en el ánodo. usando la corriente de puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta pero solamente para OFF -> ON). dv/dt: Si la velocidad en la elevación del voltaje ánodo-cátodo es lo suficientemente alta. entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de voltaje. haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. denominada puerta (o en inglés. para la realización de conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos. fundiendo un fusible. o triodo. acortando el voltaje de entrada proveniente de la fuente a tierra. encendido de motores de gas. también son comúnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. pantallas electrónicas. control de temperatura. grabadoras.. por tanto en sí misma es asimétrica. cargadores de baterías). comienza a conducir corriente en fase con el voltaje aplicado sobre la unión cátodo-ánodo sin la necesidad de replicación de la modulación de la puerta. de forma que pueden ser usados como interruptores automáticos magneto-térmicos. Página 95 . Otras aplicaciones comerciales son en electrodomésticos (iluminación. en diciembre de 1947 por John Bardeen. activación de alarmas. como un enchufe. es decir. calentadores. equipos de refrigeración. televisores. equipos de rayos X. automóviles. esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar el voltaje en corriente alterna.. oscilador. de forma que cuando el voltaje de energía de la fuente supera el voltaje zener. Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley.) TRANSISTOR El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador. computadoras. el tiristor conduce. una vez que el dispositivo está abierto. velocidad de ventiladores). equipos para exteriores (aspersores de agua. El tiristor también se puede usar en conjunto con un diodo zener enganchado a su puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de encendido. teléfonos móviles. lavadoras. Historia El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. Se suelen usar para controlar la rectificación en corriente alterna. Se puede decir que el dispositivo opera de forma síncrona cuando. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos. En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o potencial. por ejemplo. A comienzo de los ‟70 se usaron los tiristores para estabilizar el flujo de tensión de entrada de los receptores de televisión en color. Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores accionados por ángulos de fase. tomógrafos. ecógrafos. Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario: radios. para transformar esta corriente alterna en corriente continua (siendo en este punto los tiristores onduladores o inversores). relojes de cuarzo. abriéndolo. herramientas eléctricas (para acciones controladas tales como velocidad de motores. pueden interrumpir un circuito eléctrico. cuando la intensidad que circula por él se excede de un determinado valor. calculadoras. reproductores mp3. No se debe confundir con la operación simétrica. La primera aplicación a gran escala de los tiristores fue para controlar la tensión de entrada proveniente de una fuente de tensión. impresoras.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Aplicaciones Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes. hornos de microondas. UU. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). reproductores de audio y video. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para evitar que los componentes en la dirección del flujo de corriente queden dañados. conmutador o rectificador. es decir. alarmas. etc. lámparas fluorescentes. ya que la salida es unidireccional y va solamente del cátodo al ánodo. quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956. según el tipo de circuito que se utilice. frecuencia de trabajo. Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con tecnología CMOS. Placa y Cátodo. VMOS. Drenador y Fuente son Reja (o Grilla Control). se denomina Beta del transistor. tensión Base Emisor. y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento activo. que está intercalada entre las dos primeras. apareció el MOSFET (transistor FET de tipo Metal-Óxido-Semiconductor). por efecto de la tensión aplicada entre Compuerta y Fuente. pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí mismo. Modelos posteriores al transistor descrito. Página 96 .) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular la corriente de emisor o colector. el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente amplificada. la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que se inyecta en el "emisor". CMOS. El factor de amplificación o ganancia logrado entre corriente de colector y corriente de base. modula el paso de dichos portadores (base). Por último. tensión Colector Emisor. a diferencia de los resistores. Cuando la conductancia es nula y el canal se encuentra estrangulado. la corriente de salida en la carga conectada al Drenaje (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Compuerta (Gate) y Fuente (Source). la corriente entre el surtidor o fuente (source) y el drenaje (drain) se controla mediante el campo eléctrico establecido en el canal. sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control (graduador) y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenaje. etc. por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas. A diferencia de las válvulas. para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de miles de transistores interconectados. el emisor que emite portadores. MOSFET. De manera simplificada. Potencia Máxima. son los que han permitido la integración a gran escala disponible hoy en día. De este modo. Su funcionamiento es análogo al del triodo. capacitores e inductores que son elementos pasivos. corriente de Emisor. Los tres tipos de esquemas(configuraciones) básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común. Los transistores de efecto de campo. el colector que los recibe o recolecta y la tercera. de Colector Base. necesario para los circuitos altamente integrados (CI). Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor. disipación de calor. Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica. La tecnología CMOS (Complementary MOS ó MOS Complementario) es un diseño con dos diferentes MOSFET (MOSFET de canal n y p). JFET. de Base Emisor. si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga por el "colector". Es por ello que al principio se usaron transistores bipolares y luego los denominados transistores de efecto de campo (FET). colector común y base común. es el campo eléctrico presente en el canal el responsable de impulsar los electrones desde la fuente al drenaje. El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones bipolares. el transistor bipolar (transistores FET. etc.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que el transistor (1930). Los MOSFET permitieron un diseño extremadamente compacto. En los últimos. con la salvedad que en el triodo los equivalentes a Compuerta. que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en un funcionamiento sin carga. pero no se encontró una aplicación útil ni se disponía de la tecnología necesaria para fabricarlos masivamente. comportándose como un metal. que tienen cualidades de semiconductores.) y del comportamiento cuántico de la unión. si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base. Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In). donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base. Colector. epitaxial. se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio. el emisor está mucho más contaminado que el colector). La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo. que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada. de extensión mucho mayor. o BJT por sus siglas en inglés. muy estrecha. La configuración de uniones PN. De esta manera quedan formadas tres regiones: Emisor. separados por una región muy estrecha. Base. dan como resultado transistores PNP o NPN. estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. etc. dos de las cuales son del mismo tipo. debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Transistor de unión bipolar El transistor de unión bipolar. Silicio o Arseniuro de galio. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN. y las otras dos al emisor y al colector que. tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general. la intermedia. de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa. La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación. Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Página 97 . Sobre el sustrato de cristal. Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor. NPN o PNP. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. Tipos de Transistor de Unión Bipolar NPN Es uno de los dos tipos de transistores bipolares. Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P). se contaminan en forma muy controlada tres zonas. quedando formadas dos uniones NP. El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones. que separa el emisor del colector. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga. lo mismo que un transistor normal. Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P.Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común) Como fototransistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP. debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias. El símbolo de un transistor PNP. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo Fototransistor Los fototransistores son sensibles a la radiación electromagnética en frecuencias cercanas a la de la luz visible. cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Un fototransistor es. Página 98 . (IP) (modo de iluminación).IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral PNP El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. en esencia. sólo que puede trabajar de 2 maneras diferentes: . micro motores. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas. provocando un movimiento rotatorio. del tipo asíncrono. Estos motores se conocen como motores lineales. También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales. Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. el mantenimiento. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida. que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición. muy caro y laborioso.htm Según la Ley de Lorentz. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio. ejercen tracción sobre un riel.de/ph14s/electricmotor_s. pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. pues los motores de corriente alterna.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Principio de funcionamiento Ver http://www. con módulo F=BIL • F: Fuerza en newtons • I: Intensidad que recorre el conductor en amperios • l: Longitud del conductor en metros • B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas Página 99 . En el estator además se encuentran los polos. al que llega la corriente mediante dos escobillas. cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético. siguiendo la regla de la mano izquierda. sino que con algunas modificaciones.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 8: MAQUINAS ELECTRICAS Motor de Corriente Continua El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica.walter-fendt. también devanado y con núcleo. etc. Su principal inconveniente. El rotor es generalmente de forma cilíndrica. el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente. diferenciándose únicamente en la forma de utilización. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia donde va la corriente. se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el Página 100 . Sentido de giro El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina. A medida que gira. Número de escobillas Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la fmm (fuerza magnetomotriz). La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados. el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige el flujo del campo magnético. el eje del motor gira en el mismo sentido. será coincidente con las líneas neutras de los polos. Reversibilidad Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos. para compensar la fuerza neta y aumentar el momento. Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor. Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral El rotor tiene varios repartidos por la periferia. la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza. el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina. tenemos también dos zonas neutras. es el efecto generador de pines. En consecuencia. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito. Los cambios de polaridad de los bobinados. y el dedo medio hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro. El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha. Si la máquina tiene dos polos. la corriente se activa en el conductor apropiado. En cuanto a su posición. La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor. Además la corriente está limitada por la impedancia. si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas. debido a que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas. etc. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente. En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal. Motor Universal El motor monofásico universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna. aunque con muchas y variadas modificaciones: -Los núcleos polares. -Menor número de espiras en el inductor con el fin de no saturar magnéticamente su núcleo y disminuir así las pérdidas por corrientes de Foucault y por histéresis. Si se aplica corriente alterna a un motor en serie. En cambio. se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo. el sentido de rotación permanece constante. el comportamiento de la máquina ahora es de motor. lo que se traducirá en una disminución del par. aumentar la intensidad de corriente y. Su constitución Es similar a la de un motor serie de corriente continua. Principio de Funcionamiento en corriente continua Al invertir la corriente continua del motor en serie. Así.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral circuito de carga. -Mayor número de espiras en el inducido para compensar la disminución del flujo debido al menor número de espiras del inductor. -En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua. electrodomésticos pequeños. debido a que en alterna el par es pulsatorio. lo que permite reducir su tamaño y su precio. el flujo de corriente en la armadura y en el campo se invierte simultáneamente. formada por el inductor y la resistencia del bobinado. y todo el circuito magnético. el motor seguirá girando en el mismo sentido. Página 101 . con lo que el par motor conserva su sentido. por lo tanto. Usos El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el mayor par de arranque respecto al de los motores de inducción y por su elevada velocidad de rotación. Características de funcionamiento: -En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características. -Menor potencia en corriente alterna que en continua. capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica. lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo. el par motor y mejorar el factor de potencia. lo hace tanto en el inductor como en el inducido. están construidos con chapas de hierro al silicio aisladas y apiladas para reducir la pérdidas de energía por corrientes parásitas que se producen a causa de las variaciones del flujo magnético cuando se conecta a una red de corriente alterna. Por lo tanto habrá una caída de tensión debido a a reactancia cuando funcione con corriente alterna. -Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna. Los motores en serie de fracciones de caballo se emplean para propulsar ventiladores. así mismo la corriente cambia su dirección y ahora está de derecha a izquierda. por ejemplo aspiradoras.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Principio de Funcionamiento en Corriente Alterna Cuando el motor universal es conectado en ca. c. a. en serie se fabrican para potencias menores de un caballo de potencia en frecuencia de 60 ciclos por segundo. a. perforadoras eléctricas y otros aparatos pequeños. a. mientras que el flujo producto del devanado del campo tiene un sentido de derecha a izquierda. a.Es una máquina de velocidad variable. se ha fabricado un motor en serie para ambas corrientes que se le llama "motor universal" y tiene gran aplicación en aparatos eléctricos pequeños. que en el motor en serie de c. El costo de los motores universales no compensados es relativamente bajo por lo que su aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros. c. La cantidad de espiras de campo es menor en el motor en serie de c. también lo será su reactancia de armadura. de c. su flujo varia cada medio ciclo. para disminuir la reactancia del campo y hacer que circule la cantidad de corriente suficiente.a. . Al disminuir la magnitud del campo se reduce el par motor por lo tanto los motores de c. c. c.a. Como resultado. no son similares a las del mismo tipo para c.. o en c. así que el par desarrollado por el motor es contrario al de las manecillas del reloj. El par de arranque también es muy grande. c.. aquí la corriente en los devanados de la armadura tienen la dirección igual a las manecillas del reloj. Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. como la del flujo. o c. los motores universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de espiras de su armadura es reducido y por lo tanto. puesto que en la mitad negativa se invierten tanto la dirección de la corriente. Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan en c. los motores inferiores al 50% de caballo generalmente se construyen sin compensación. a. En general. denominada negativa. el voltaje aplicado invierte su polaridad. Los motores universales funcionan con menor rendimiento que los motores en serie de c. en serie. a. o de c. licuadoras. etc. es decir de izquierda a derecha. c. El motor de c. Bobinado de Compensación Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional. a. puros y solo se hacen en tamaños chicos. En la segunda mitad de la onda de corriente alterna. en serie tiene las mismas características generales que el de c. Normalmente se trata del devanado compensador del motor de serie o un devanado de campo distribuido especialmente Página 102 . Para invertir el giro de este motor se deben invertir las conexiones en la armadura. En la primera mitad de la onda de corriente alterna es denominada positiva. diseñados especialmente para usarse en potencial ya sea de c. taladros de mano. y Corriente Continua c. de baja velocidad para cargas grandes y de gran velocidad para cargas livianas. el par de arranque no cambia su dirección. también el flujo producto de los polos está dirigido ahora de izquierda a derecha. Comparación entre las características del bobinado del estator o campo en Corriente Alterna c. Las características del motor en serie de c. c. cuyo desfase en el tiempo es también de 120º. Si el devanado compensador está conectado en corto circuito sobre sí mismo. Estan soldadas a las extremidades de las barras. Tiene barras de conducción en todo su largo. Las barras están conectadas con anillos(en cortocircuito como dicen los electricistas) a cada extremidad del rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday: La diferencia entre el motor a inducción y el motor universal es que en el motor a inducción el rotor no es un imán permanente sino que es un electroimán. que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla. Motor asíncrono Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna. El primer prototipo de motor eléctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en español. c. Según el Teorema de Ferraris. a.. El medio más común para esta compensación implica incrustar devanados compensadores distribuidos en los polos del motor. incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la perifería. Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos. tendrá aplicaciones tanto con c. actualmente IEEE) en 1888. en el que se encuentran las bobinas inductoras. Una característica importante de los motores serie de c-a es el uso de motores compensadores para reducir la reacción de armadura. se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura. Si el motor de serie de c. el devanado compensador se conecta siempre en serie con la armadura y se dice que el motor está compensado conductivamente. El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor. Página 103 . a. b) bobinado. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. como con c. Este ensamblado se parece a las pequeñas jaulas rotativas para ejercer a mascotas como hamsters y por eso a veces se llama "jaula de ardillas". y los motores de inducción se llaman motores de jaula de ardilla. se dice que el motor está compensado inductivamente. cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas. y un estátor. Este conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de ardilla. en virtud del Teorema de Leblanc. que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. Son motores de pequeña potencia y en ellos. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos. en los cuales el estátor tiene un devanado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. que esta cortocircuitado. En la parte interior del estátor van dispuestos unas ranuras donde se coloca el bobinado correspondiente.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica. puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras. También existen motores asíncronos monofásicos. En el interior del estátor va colocado el rotor. a velocidad de sincronismo. o bien. por lo cual se debe disponer algún medio auxiliar para el arranque (fase partida :resistencia o condensador. inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Constitución del motor asíncrono Circuito magnético La parte fija del circuito magnético (estátor) es un anillo cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo envuelve. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento. corta los conductores del rotor. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor. originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor. las cuales hacen girar el rotor del motor. La carcasa tiene una función puramente protectora. Estos motores monofásicos no arrancan por si solos. creado por el bobinado del estator. el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. polo blindado). por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. En su periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. Página 104 . que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material. llamados anillos de cortocircuito. El entrehierro de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible Circuitos eléctricos Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estátor (primario) y otro en las del rotor (secundario). El campo magnético giratorio. se consigue un sistema n-fásico de conductores (siendo n el número de conductores) situado en el interior del campo magnético giratorio creado por el estátor. por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. por un rotor de suspendo atómico Página 105 . con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz. el campo magnético giratorio producido por las bobinas inductoras del estátor genera unas corrientes inducidas en el rotor. como la posibilidad de utilizar un reostato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Conceptos básicos de los motores de inducción La velocidad de rotación del campo magnético o velocidad de sincronismo está dada por: Donde es la frecuencia del sistema. pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. simple. en vez de por una jaula. en Hz. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla. En cualquiera de los dos casos. y P es el número de pares de polos en la máquina. Esto tiene ventajas. De esta manera. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estátor. y muy robusto (básicamente. y en movimiento. así como el reducir la corriente de arranque. del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado). El voltaje induca ruu donde : velocidad de la barra en relación con el campo magnético : vector de densidad de flujo magnético : longitud del conductor en el campo magnético : representa la operación "producto vectorial" Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en comparación con el campo magnético del estátor. El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido. que son las que producen el movimiento. Esta 'jaula' se rellena de material. Estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm). esto es lo que forma la llamada jaula de ardilla por su similitud gráfica con una jaula de ardilla. normalmente chapa apilada. Tipos Constructivos El motor de jaula de ardilla consta de un rotor constituido por una serie de conductores metálicos (normalmente de aluminio) dispuestos paralelamente unos a otros. no requiere mantenimiento). y cortocircuitados en sus extremos por unos anillos metálicos. ESTATOR ROTOR ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS INTRODUCCIÓN Para una mejor comprensión del problema que se plantea.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Cómo funciona Dando inducción a cables que se encuentran alrededor de un armazón fijo llamado estátor.s)/s]= 0 con lo que la intensidad del rotor (Ir/m) sólo está limitada por Rr y no por [Rr·+ Rr·[(1 . la atracción y repulsión que se produce entre las bobinas y en el alternador hace que gire el rotor. al circular corriente por las bobinas se induce un campo magnético que envuelve al motor. consideremos los valores de (Ir/m) en el arranque y en régimen "normal" de funcionamiento (se entiende que se trata de funcionamiento a plena carga) Página 106 . partamos en primer lugar del circuito equivalente por fase del motor asíncrono trifásico.s)/s]]. En el momento del arranque se cumple que ω= 0 ⇒ s= 1 ⇒ m2·Rr·[(1 . Por otra parte. la corriente alterna de las bobinas hacen que los polos del campo magnético cambien entre positivo y negativo. en el arranque podemos suponer que Ie = Ie ARRANQUE ≈(Ir/m)ARRANQUE Del razonamiento anterior se desprende que es necesario limitar la corriente de arranque de los motores asíncronos trifásicos.08 ⇒ (1-s)/s = 11.s)/s] para sARRANQUE =1. indican que la corriente de arranque es entre 3 y 8 veces mayor que la corriente nominal.s)/s] para sPLENA CARGA >>> m2·Rr·[(1 . . ya que éstos están conectados a la red de distribución de energía eléctrica en paralelo con otros abonados. Como a plena carga se cumple que: (Ir/m)2 = (Ve)2 / [(Re + m2·Rr + m2·Rr ·[(1-sPLENA CARGA )/sPLENA CARGA ] ]2 + (Xe + m2·Xr)2] Y en el arranque se cumple que: (Ir/m)2 = (Ve)2 / [(Re + m2·Rr ]2 + (Xe + m2·Xr)2] Se comprueba como la intensidad en el arranque es mucho mayor que la intensidad a plena carga. que podrían sufrir bajadas momentáneas de tensión de suministro durante el arranque de los mencionados motores debido a la caída de tensión provocada por la impedancia de las líneas de transporte. s= 0.2 .03 ⇒ (1-s)/s = 32. .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral • A plena carga el deslizamiento típico está entre el 3 y el 8%. Los valores típicos. Nótese además que como IV <<< (Ir/m). con lo que s= 0.5 Con lo que m2·Rr·[(1 . existen una serie de normas que imponen limitaciones en cuanto a corrientes máximas admisibles que se resumen en la siguiente tabla: Página 107 . Para regular estos fenómenos. MÉTODO DIRECTO Se aplica a aquellos motores de una potencia nominal menor de 5KW (6. aunque en la práctica sólo se aplica para motores de potencia nominal menor de 5C. A continuación se adjuntan las curvas de intensidad/velocidad y de par/velocidad del motor con este tipo de arranque.8 C.). Página 108 .V.V.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral MÉTODOS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS 1. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Seguidamente se adjuntan una serie de tablas de utilidad. tomadas del libro sobre máquinas eléctricas de Roldán (Editorial Paraninfo) Página 109 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 110 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 111 . PROCEDIMIENTO: se conecta un autotransformador trifásico alimentando al motor con una Ve (tensión de estator) menor de Ve N de tal forma que la intensidad de arranque sea la deseada. Este proceso suele hacerse en dos o tres pasos con tensiones no inferiores al 40-60 y 75% de la tensión nominal de alimentación del motor. Una vez que el motor alcance una determinada velocidad. La corriente de arranque depende de la tensión de alimentación del motor. reduciremos la corriente de arranque.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral MÉTODO DE ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR Se aplica a motores cuya potencia nominal es mayor que 5KW. Página 112 . Cuando el motor alcanza las condiciones de funcionamiento se desconecta el autotransformador y se alimenta al motor a su Ve N. En la tabla adjunta se muestran los diferentes valores de la tensión del primer punto. Si disminuimos la tensión de alimentación en el momento del arranque. con s<1. así como la corriente absorbida y el par generado por el motor en el primer punto de arranque con autotransformador para los casos de 2 y de 3 ptos de arranque. procederemos a restablecer la tensión nominal de alimentación. En las figuras que se adjuntan a continuación puede analizarse este método de arranque de los motores asíncronos trifásicos. Las diferentes implementaciones que se proponen están realizadas con automatismos eléctricos (relés. siendo x el factor de reducción de la tensión de alimentación • El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensión a otra. pulsadores. • Aumenta el tiempo de arranque. contactores y sus contactos auxiliares) Página 113 .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Este método de arranque presenta los siguientes inconvenientes: • Disminuye el par de arranque al disminuir la tensión de alimentación en un factor de x2. temporizadores. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 114 . con lo que se le está aplicando la tensión nominal de alimentación. Las diferentes implementaciones que se proponen están realizadas con automatismos eléctricos (relés. pulsadores. temporizadores. Este método presenta los siguientes inconvenientes: • Disminuye el par de arranque al disminuir la tensión de alimentación en un factor de 1/3. se conmuta la conexión de los devanados a triángulo. La corriente de arranque se reduce en 1/√3= 0. Este método de arranque se puede aplicar tanto a motores de rotor devanado como a motores de rotor en jaula de ardilla. contactores y sus contactos auxiliares). Página 115 . • Aumenta el tiempo de arranque.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral ARRANQUE POR CAMBIO DE LA CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS INDUCTORES EN EL MOMENTO DEL ARRANQUE. Una vez que el motor ha empezado a girar (se aconseja no pasar de la conexión estrella a la conexión triángulo hasta que el motor no haya adquirido. al menos. ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO. con lo que la tensión de alimentación se reduce en √3 y el par de arranque en 1/3. En las figuras que se adjuntan a continuación puede analizarse este método de arranque de los motores asíncronos trifásicos. • El motor se deja de alimentar durante el cambio de la conexión de estrella a triángulo en los devanados del estator.6 en relación con la corriente de arranque directo. PROCEDIMIENTO: consiste en aplicar en el arranque la tensión nominal del motor en la conexión de triángulo cuando éste está conectado en estrella. la única condición que debe de cumplir el motor para que pueda aplicársele este método de arranque es que tenga acceso completo a los devanados del estator (6 bornes de conexión). una velocidad del 80% de la nominal). IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 116 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral ARRANQUE POR VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR Este método de arranque sólo se puede aplicar a motores de rotor devanado. PROCEDIMIENTO: inicialmente introducir una resistencia adicional que haga que el par de arranque sea el máximo. Este método presenta los siguientes inconvenientes: • El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensión a otra. ir reduciendo la resistencia adicional hasta cero. • Aumentan las pérdidas debido a la potencia disipada en la resistencia adicional Página 117 . al introducir una resistencia adicional en el devanado del rotor. se disminuye la corriente de arranque con relación a la corriente absorbida por el método de arranque directo. • Aumenta el tiempo de arranque • Es un método caro puesto que los motores de rotor devanado son más caros que los de jaula de ardilla. Posteriormente. Como se comprueba fácilmente. Las diferentes implementaciones que se proponen están realizadas con automatismos eléctricos (relés. pulsadores. temporizadores. contactores y sus contactos auxiliares). Página 118 .IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral En las figuras que se adjuntan a continuación puede analizarse este método de arranque de los motores asíncronos trifásicos. IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 119 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 120 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 121 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 122 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 123 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 124 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 125 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 126 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 127 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 128 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 129 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 130 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 131 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 132 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 133 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 134 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 135 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 136 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 137 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 138 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 139 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 140 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 141 . IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Página 142 . Importancia de la medición como base de todo sistema de control en las operaciones industriales.4. por variación de un efecto capacitivo 9.8.3.1.4. Descripción de los sistemas de transmisión de la información mediante cable coaxil o fibra óptica. Medición de velocidad 9.1.2.6.9.4.2.9. Medición por variación de la resistencia. mediante la generación de pulsos eléctricos 9.7.1.1. 9. mediante cristal piezoeléctrico.1. 9. rango de temperaturas que mide aplicaciones en los procesos industriales. 9. 9. 9.7.6.1.2. para evitar interferencias 9. Medición de nivel 9.2. 9. que limita los rangos de aplicación. 9.IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ Villa del Totoral Unidad Nro 9: MEDICIONES 9.5. 9. Medición por espectro de emisión (radiación infrarroja).1.1. Medición de presión. Medición de temperatura 9. aplicaciones. aplicando ultrasonido.1.1. el "par bimetálico" o termocupla 9. midiendo la tensión generada.9. Concepto de la no linealidad de las indicaciones. para transmitirla a distancia 9. para accionar algún automatismo Página 143 .1.9. 9. Medición de caudal 9.2. aplicación de amplificadores de señal 9.6. mediante una turbina instalada en un conducto que gira a velocidad proporcional al caudal y genera un pulso eléctrico en cada revolución.