Características de un Circuito SERIE RLC

Laboratorio de Electricidad
PRACTICA - 14
CARACTERISTICAS DE UN CIRCUITO SERIE RLC
I - Finalidades
1.- Estudiar los efectos sobre la corriente alterna en un circuito serie, con resistencia,
autoinducción y capacidad (RLC).
2.- Comprobar experimentalmente que la impedancia en un circuito serie RLC viene dada por la
fórmula:
Z?
b
R2 ? X L ? X C
g
2
II - Material necesario
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
Panel universal de conexión P-110
Fuente de alimentación: Tensión alterna aislada, 18 V (cresta a cresta) 50 Hz.
Multímetro electrónico digital
Multímetro electrónico analógico
Osciloscopio
Resistencia carbón
4'7 K? ,
1/2 W
Condensador poliester,
0'47 ?F,
400 V
Inductancia (self) T-7
Interruptor a bola
Puentes P-442
Cable, 600 mm, color rojo
Cable, 600 mm, color negro
Nº ________
Nº ________
Nº ________
Nº ________
III - Generalidades
Con el fin de comprender mejor los efectos que sobre la corriente alterna producen en los circuitos
los componentes RLC conectados en serie, es necesario considerar el que produce separadamente
cada uno de ellos.
Los efectos de una resistencia en un circuito de alterna, son los mismos que produce en un circuito
de continua, ya que la tension y la corriente alternas están en concordancia de fase, es decir, la
resistencia pura no crea desfase entre la tensión y la corriente. Así, en un divisor de tensión alterna
resistivo, las caídas de tensión (c.d.t.) producidas en cada una de las resistencias pueden ser
sumadas aritméticamente para obtener el valor de la tensión aplicada.
Cuando se conecta un condensador en serie con una resistencia, la reactancia del condensador
junto con el valor de la resistencia, determinan el efecto sobre la corriente alterna. La reactancia
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capacitiva depende de la frecuencia, de aquí que los efectos de un condensador en un circuito serie,
se determinen por su valor (capacidad) y por la frecuencia de la corriente en el mismo.
En un circuito totalmente capacitivo, es decir, que sólo contenga capacidad, la corriente alterna
adelanta a la tensión en un angulo de 90º. En tanto que un circuito serie RC, la corriente adelanta a
la tensión en un angulo menor de 90º.
Los efectos de una inductancia conectada en serie con una resistencia en un circuito de alterna
depende también de la frecuencia de la corriente y del valor de la inductancia. En un circuito
totalmente inductivo, es decir, que sólo contenga inductancia, la corriente está retrasada respecto a
la tensión en 90º. En un circuito serie RL, la corriente retrasa a la tensión en un angulo menor de
90º.
Los efectos sobre la corriente y la tensión en un circuito serie, producidos por la inductancia y la
capacidad, son opuestos. Esto queda explicado en forma gráfica, en la representación vectorial de XL
y XC, correspodiente a un circuito serie RLC.
XL
0
R
XC
La resultante de la diferencia de los vectores representativos de XL y XC, tiene la misma dirección y
sentido que el valor de la reactancia mayor. Supóngase que, como se aprecia en la figura anterior, XL
sea mayor que XC. El diagrama vectorial puede ser representado como en la siguiente figura. Esta
figura representa un circuito inductivo, cuya reactancia es la diferencia entre XL y XC. El efecto es el
mismo que si L y C del circuito serie RLC, hubiesen sido sustituídos por una inductancia cuya
reactancia fuese igual a XL-XC.
X L -X C
Z
0
R
De esta figura deducimos el valor de la impedancia del circuito RLC serie:
Z?
b
R2 ? X L ? X C
g
2
Esta fórmula es válida tanto si XL es mayor que XC, como si es menor, dado que el término reactivo
está elevado al cuadrado y por consiguiente será siempre positivo, o cero cuando XL = XC.
En esta práctica se determinará en principio, la corriente en un circuito LR serie. Luego se
conectará en serie con L y R un condensador C y se medirá de nuevo la corriente. Si XL es mayor
que XC, circulará más corriente en el circuito serie RLC que en el circuito LR, debido a que la
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impedancia de aquél es menor que la de éste. Los datos obtenidos se utilizarán para comprobar la
fórmula de la impedancia del circuito RLC serie.
IV - Procedimiento
1.- Conectar el circuito de la figura (lámina 14.1). Ajustar la tensión a 18 V cresta a cresta.
A
T7
V
18 V. cresta a cresta
50 Hz
L
S
R
C
4'7 K ?
B
2.- Medir y anotar en la tabla las tensiones V y VR, VL en bornes de R y L respectivamente.
V
VR
VL
(valor eficaz)
(valor eficaz)
(valor eficaz)
I1 ?
VR
R
3.- Calcular la corriente I1 en el circuito y anotar su valor en la tabla.
4.- Conectar una sonda del osciloscopio para medir la tensión de alimentación V (entre A y C), y la
otra sonda para medir la tensión en la resistencia (entre B y C). Dibujar un periodo completo de
cada forma de onda.
5.- Con las formas de onda anteriores calcular el desfase existente entre ambas.
6.- Desconectar uno de los puentes del circuito y conectar en su lugar un condensador de 0'47 ?f
como se muestra en la figura (lámina 14.2).
C
A
0'47 ? F
T7
V
18 V. cresta a cresta
50 Hz
L
S
R
C
4'7 K?
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B
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7.- Medir y anotar en una tabla los valores de V, VR, VL y V C. Calcular la corriente I2 en el circuito
serie RLC, utilizando el valor medido de VR y el nominal de R. Calcular los valores de XL y XC
utilizando el valor hallado de I2 y los valores medidos de VL y V C. Anotarlos en la tabla.
V
VR
VL
VC
(valor eficaz)
(valor eficaz)
(valor eficaz)
(valor eficaz)
I2 ?
VR
R
XL ?
VL
I2
XC ?
VC
I2
8.- Determinar la impedancia Z de este último circuito RLC, utilizando la fórmula:
Z?
V
I2
9.- Calcular la impedancia Z utilizando la fórmula siguiente. Emplear los valores de XL y XC hallados
en la operación nº 6.
Z?
b
R2 ? X L ? X C
g
2
10.- Conectar una sonda del osciloscopio para medir la tensión de alimentación V (entre A y C), y la
otra sonda para medir la tensión en la resistencia (entre B y C). Dibujar un periodo completo de
cada forma de onda.
11.- Con las formas de onda anteriores calcular el desfase existente entre ambas.
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Volts/Div=
Time/Div=
Volts/Div=
Time/Div=
Volts/Div=
Time/Div=
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Volts/Div=
Time/Div=
Volts/Div=
Time/Div=
Volts/Div=
Time/Div=
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