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Manual Electricidad Industrial
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Manual Electricidad Industrial
ELABORADO POR:
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 1.
1.0 OBJETIVOS
A) Que el alumno conozca los niveles de energía eléctrica que existen desde
la generación hasta los que se utilizan en este curso
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GENERADOR ELEMENTAL
Un alternador es una maquina electromagnética en la que se convierte energía
mecánica en energía eléctrica, al mover dentro de un campo magnético varios
conductores que produce una fuerza electromotriz en las terminales de la maquina
• ESTATOR: es la parte fija que sostienen los polos productores del campo
magnético
• ROTOR: parte giratoria donde se alojan los conductores en los que se
inducirá la Fem (fuerza electromotriz), constituyendo el embobinado
inducido
• ANILLOS COLECTORES: en ellos son conectadas las terminales del
inducido
• ESCOBILLAS O CARBONES: establecen el contacto con los anillos
colectores para llevar al exterior la Fem inducida.
La corriente alterna puede definirse como un corriente periódica cuyo valor medio
es cero. Una corriente periódica es un corriente oscilante cuyos valores recurren a
intervalos iguales de tiempo.
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Estos a su vez cuentan con una subestación que recibe los 6kvolts y los reduce a
220 y 127 volts los cuales alimentan todos los laboratorios, oficinas, aulas o salas
de cómputo que se encuentran en cada edificio.
Cuentan con una aguja indicadora que podrá señalar tina determinada cantidad.
Tienen una o varias escalas lineales o logarítmicas con una determinada
numeración. El usuario de estos aparatos deberá interpretar la medición de
acuerdo a la posición que indique la aguja y en consideración a las instrucciones
específicas de cada aparato. Proporcionan una medición continua, es decir,
cualquier valor que este dentro del rango de capacidad del instrumento.
Multímetro Analógico
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Amperímetro
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VOLMETRO: este aparato tiene varios rangos y puede medir voltajes alterno o
directo. Para hacer la medición de voltajes es necesario interconectar este
instrumento en paralelo con el circuito a medir.
Voltímetro
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Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida, así como las caídas de
tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte, 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, en el caso de cables
aislados, ni siquiera es necesario levantar el aislante.
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Amperímetro de pinza
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Multímetro digital
Osciloscopio.
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La variación del voltaje en los bornes antes mencionados se logra por la utilización
de un autotransformador trifásico variable localizado en el interior de la mesa
1.7 CUESTIONARIO
El profesor indicara el cuestionario correspondiente.
1.8 CONCLUSIONES
El alumno analizara todos los aspectos teóricos y prácticos para presentar
conclusiones.
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PRACTICA N° 2
2.0 OBJETIVOS
A) Que el alumno conozca y utilice correctamente el osciloscopio para la
medición de señales eléctricas .
B) Que el alumno conozca las posibles aplicaciones de este instrumento para
la solución de problemas.
C) Que el alumno realice la medición de señales eléctricas, interprete
resultados y calcules los valores de R.M.S.
Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo pueden
utilizar desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio
puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado
(un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de
darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de
vibraciones en un coche, etc.
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Aunque la magnitud de las señales eléctricas sea correcta o esté dentro de los
límites de tolerancia establecidos, podrían plantearse las siguientes preguntas:
La reflexión a fondo de estas y más preguntas que pueden hacerse sobre el tema,
creo la necesidad de diseñar un instrumento que permitiera una representación
gráfica de estos fenómenos eléctricos y los métodos necesarios para poderlos
interpretar cuantitativa y cualitativamente.
Tipos de onda
✓ Ondas senoidales
✓ Ondas cuadradas y rectangulares
✓ Ondas triangulares y en diente de sierra
Ondas senoidales.
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Son las ondas fundamentales ya que poseen unas propiedades matemáticas muy
interesantes (por ejemplo combinaciones de señales senoidales de diferente
amplitud y frecuencia, se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que
se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esa forma, las
señales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal
son también senoidales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC (corriente
alterna) producen señales senoidales.
Las ondas cuadradas son básicamente andas que pasan de un estado a otro de
tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas
usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de señales
contienen en sí mismas todas las frecuencias).
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Las ondas en diente de sierra es un caso especial de señal triangular con una
rampa descendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente.
Periodo y frecuencia
Voltaje
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Fase
TIPOS DE OSCILOSCOPIOS
▪ Osciloscopio analógico
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▪ Osciloscopio digital
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Los controles asociados con el tubo de rayos catódicos son los siguientes:
▪ Intensidad. (Intensity).
▪ Enfoque. (Focus).
▪ Posición vertical. (Vertical).
▪ Posición horizontal. (Horizontal).
▪ Localizador de haz. (Beam finder).
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Posición vertical. Regula la posición vertical de la traza, para poder ubicar una
referencia, medir más fácilmente amplitudes, etc.
Localizador del haz. Cuando sobre la pantalla no aparece ninguna señal, puede
deberse a la inadecuada regulación de los controles de posición o de otras
escalas; para tener una idea de qué controles mover, el localizador de haz
comprime la traza del haz sobre el área de la pantalla, pudiéndose apreciar desde
qué parte proviene y así manipular el control apropiado.
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2.5 DEFINICIONES:
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Tampoco podemos decir que sea un valor promedio de la onda senoidal, pues si
observamos gráficamente una onda senoidal de esta tipo, vemos que su promedio
es cero.
Entonces ¿Qué significa el valor de 127 volts? Pues bien, 127 volts es el valor
eficaz de la onda senoidal de tensión y es una medida de eficacia de la fuente de
tensión al entregar potencia a una carga resistiva.
El valor eficaz de una corriente alterna, se obtiene en función del efecto que
produce sobre una resistencia determinada, comparativamente, con el efecto que
en esta misma resistencia produce una corriente continua.
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Fig. No 2.6.1
Esta corriente produce una disipación de potencia que se puede calcular como:
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Ahora cuando cerramos el interruptor 2 estando abierto el 1 fig 2.6.3 por R circula
una corriente alterna que producirá una disipación de energía que puede
calcularse como:
Al Valor “I” se le llama calor eficaz de (t), por producir ambas corrientes la misma
disipación de energía R.
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El valor eficaz de una tensión alterna se define en forma análoga y se tiene que
Veficaz= 0.707 Vp
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El valor medio de una tensión o una corriente alterna es el promedio de todos los
valores instantáneos durante medio ciclo, o sea, una alternación fig. 2.8.1 puesto
que durante medio cicla la tensión o la corriente dumentande cero, a un valor pico
y luego disminuye a cero, el valor promedio debe encontrarse en algún punto entre
cero y el valor pico. Para una onda senoidal pura, el valor promedio es de 0.637
veces el valor pico es decir:
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Al trabajar con circuitos C.A. pudiera necesitarse convertir a otros valores los
datos o medidas de tensión o corriente alteña. Por ejemplo convertir el valor medio
a pico, o un valor eficaz a valor medio, Para todas las conversiones existen 6
ecuaciones básicas que pueden aplicarse
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Para medir una señal eléctrica con el osciloscopio una vez calibrado este con la
sonda conectada, se conecta la terminal positiva a la fuente de la señal eléctrica
que se va a medir, a la terminal del gancho y la terminal negativa de la fuente al
caimán de punta de prueba de la sonda.
Es importante tener en cuenta que cuando se vaya a medir una señal de una
fuente monofásica o de fase neutra, la terminal de fase sea la que se conecte al
gancho de la sonda y el neutro al caimán.
4. Girar la perilla del vernier de ganancia del canal que se esté utilizando y la
perilla del expansor de tiempo, hasta su posición de calibración (cal.)
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F= 1/T
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1. Encienda el osciloscopio
2.14 CUESTIONARIO
El profesor indicara los puntos a desarrollar
2.15 CONCLUSIONES
El alumno analizara los conceptos teóricos, aspectos prácticos, mediciones
realizadas y aplicaciones para la presentación de este punto.
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Factor
No. De Sensitividad de la Valor No. De Base de 𝑭 = 𝟏/𝑻 Valor RMS
Tipo de cuadros sonda pico a cuadros tiempo T 𝟏 Grafica Vef
señal verticales 𝒗𝒐𝒍𝒕/𝒅𝒊𝒗 pico horizontal (seg) (𝒔𝒆𝒈) [ ] Voltaje
𝒔𝒆𝒈
Un ciclo. 𝑻𝒊𝒎𝒆/𝒅𝒊𝒗
Calibración
interna del
osciloscopio
Señal
ambiental
Onda
senoidal
Onda
cuadrada
Onda
triangular
Voltaje
monofásico
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PRACTICA N°3
ANALISIS DE CIRCUITOS R - L Y R - C
3.0 OBJETIVOS
A) El alumno analice el comportamiento de voltajes y corrientes en el
circuito R-L Y R-C tipo serie alimentados con tensión senoidal.
Para utilizar la energía eléctrica, se requiere de una fuente con por lo menos dos
terminales que tengan una diferencia de potencial o voltaje entre ellas. Esas dos
terminales de la fuente se conectan a las dos terminales del apartado o carga,
para formar así un circuito eléctrico.
Circuito eléctrico es una trayectoria cerrada que inicia en una fuente de energía
eléctrica que puede ser de corriente alterna (CA) o de corriente directa (CD),
conecta a la carga y termina en la misma fuente.
La carga eléctrica es todo aparato o máquina que realiza la función para la cual
fue construida, cuando se conecta a una fuente que le suministra una diferencia
de potencial eléctrico o voltaje y con esto demanda una corriente eléctrica. Así
pues, una carga es todo aquello que hace que una fuente de energía eléctrica le
proporcione una corriente.
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RESISTENCIA.
Es una carga eléctrica que al mismo tiempo que demanda una corriente eléctrica
se opone a que esta pase a través de ella, produciendo así un calentamiento en
ella misma su símbolo es “R” y su magnitud se mide en ohms.
INDUCTANCIA.
Es una carga eléctrica que solo muestra sus efectos inductivos cuando la corriente
eléctrica es variable, puesto que al mismo tiempo que la demanda se opone al
voltaje que se aplica.
CAPACITANCIA.
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e (t)
I(t)
0 90ͦ 270ͦ 𝜔𝑡
DIAGRAMA FASORIAL
i(t) e (t)
En un circuito resistivo la corriente y la tensión eléctricas alternas está en fase esto
es no hay un Angulo de desfasamiento entre ellos.
𝑿𝑳 = 𝝎𝑳 = 𝟐𝝅𝒇𝑳
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De donde:
𝑬𝒎 𝑬𝒎 𝑬
𝒊(𝒕) = (−𝑪𝑶𝑺𝝎𝑳) = (𝜽 − 𝟗𝟎) = (𝜽 − 𝟗𝟎)
𝝎𝑳 𝟐𝝅𝒇𝑳 𝑿𝑳
Al término 𝜔𝑙 se le denomina reactancia inductiva XL y es la magnitud con la que
la inductancia se opone a lo que los valores instantáneos tanto de la tensión como
de la corriente cambien, por lo que esta última es conoidal negativa. (Atrasada).
I (t)
e(t)
L
𝜔𝑡
90
e (t)
DIAGRAMA FASORIAL
90ͦ
i(t)
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𝟏 𝟏
𝑿𝑪 = =
𝝎𝑪 𝟐𝝅𝒇𝑪
XC=Reactancia capacitiva en ohms
𝜔 =Velocidad angular
C= Capacitancia en Faradios
f=frecuencia del sistema eléctrico en Hertz (Hz).
𝑖(𝑡)
DIAGRAMA FASORIAL:
90
e(t)
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XL
R
De la figura tenemos que la hipotenusa del triángulo representa un valor en ohms
que la impedancia teniéndose entonces que:
𝒛𝟐 = 𝑹𝟐 + 𝑿𝑳𝟐
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𝑽𝟐 = 𝑽𝑹𝟐 + 𝑽𝑳𝟐
𝒛𝟐 = 𝑹𝟐 + 𝑿𝑪𝟐
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𝑉 2 = 𝑉 2 + 𝑉𝐶 2
𝑉 = √𝑉𝑅 2 + 𝑉𝐶 2
𝑉𝐶
𝜃 = 𝑡𝑎𝑛 (− )
𝑉𝑅
Diagrama eléctrico
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2000 2
4000 2
6000 2
8000 2
10000 2
12000 2
14000 2
16000 2
18000 2
20000 2
Mediciones Circuito R-L
• VR contra frecuencia.
• VL contra frecuencia.
• It contra frecuencia,.
• Grados de desfasamiento contra frecuencia.
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Diagrama eléctrico
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• VR contra frecuencia.
• VC contra frecuencia.
• It contra frecuencia.
• Grados de desfasamiento contra frecuencia.
3.9 CUESTIONARIO
3.10 CONCLUSIONES
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 4.
❖ Un módulo LEEI-1003
❖ Un motor eléctrico con control de velocidad y sistema de freno con
dinamómetro.
❖ Un voltímetro
❖ Un amperímetro de gancho
❖ Un wattmetro
❖ Diez cables para conexiones
❖ Una lámpara incandescente 300 watt/220 volts
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4.3.1 INDUCTANCIA
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4.3.2 CAPACITANCIA
Considerando ahora el caso ideal de que el circuito pasivo estuviese formado por
un capacitor puro de capacidad C al que se le aplica una tensión senoidal de la
forma V= Vsen wt
i = Im sen (wt – (π /2 ))
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4.3.3 RESISTENCIA
Apliquemos ahora una tensión V= Vm sen wt a un circuito construido por una sola
resistencia. La intensidad de corriente que corcula por ella es i= Im sen wt y la
potencia correspondiente:
P= vi = Vm Im sen wt
Ahora bien:
Entonces:
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½ Vm Im
4.3.4 CIRCUITO PASIVO GENERAL
P= (1/2) Vm Im cos θ
V = Vm / √2, I=I m / √2
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1 K w=1000 watts
Y el megawatt (Mw)
Q= V I SEN θ
I= corriente
V= voltaje
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S= VI
4.6 TRIANGULO DE POTENCIAS
En este caso:
= VI cos θ. Watts
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Entonces:
S = VI = Vejα Iej(α+β)
S= P – jQ
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
FACTOR DE POTENCIA.
Esta potencia “S” es la que produce la intensidad total que circula por un circuito y
es leída por el amperímetro.
𝑆 = √𝑃2 + 𝑄 2
De la figura puede verse que cuanto mayor sea la potencia reactiva es mayor el
ángulo Θ y por consiguiente, más bajo en una instalación eléctrica implica un
consumo alto de corrientes reactivas y por lo tanto, el riesgo de incurrir en
pérdidas excesivas y sobre cargas en los equipos eléctricos y en los conductores.
Desde el punto de vista económico.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Por esto las compañías suministradoras de energía eléctrica, tienen una clausula
en su escritura de tarifas que reconocen un cargo por el “factor de potencia bajo”,
además de los carros usuales por utilización y demanda máxima de energía.
𝑓. 𝑝. 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜
𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = ( − 1) 𝑋 (𝑚𝑜𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛)
𝑓. 𝑝. 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜
Los efectos del bajo factor de potencia en las instalaciones eléctricas son los
siguientes:
Existen otras razones que contribuyen al bajo f.p. como son, el uso de luminarias
fluorescentes, el uso de rectificadores en lugar de conjuntos motor-generador
para alimentar motes de C.D. el uso extensivo de aparatos electrónicos, equipo de
aire acondicionado, etc. Todos estos equipos son necesarios y contribuyen al
factor y la eficiencia de las instalaciones modernas pero no se debe permitir un
bajo factor de potencia.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
SOLUCIÓN
Potencia de condensador
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida, así como las caídas de
tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte, 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, en el caso de cables
aislados, ni siquiera es necesario levantar el aislante.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
3.- Mida con el amperímetro de gancho la corriente de línea resultante del circuito.
4.- Mida con el wattmetro, el cual está conectado en serie- paralelo a la carga, la
potencia activa.
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Carga VI II P S Q f.p. Θ
VOLTS AMPERS WATTS VAS VARS GRADOS
Lámpara
incandescente
5.-A partir de los valores medidos VI, II Y P tomando en cuenta los conceptos y
formulas establecidos en los puntos 4.7, 4.8 y 4.9 determine los valores de S, Q,
f.p. y el ángulo de desfasamiento.
6.-Con los valores medidos haga una representación del triángulo de potencias
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
6.- Haga una representación del triángulo de potencias para cada una de las
condiciones de carga en función de los valores de la tabla
Carga
Velocidad VI II S Θ
lámpara + P watts Q vars f.p.
del motor volts ampers grados
motor VAS
0 Pos. 8
Pos.
Del 0.2 Pos. 8
fren 0.4 Pos. 8
o 0.6 Pos. 8
N/m
0.8 Pos. 8
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
6.- Haga una representación del triángulo de potencias para cada una de las
condiciones de carga en función de los valores de la tabla
Carga lámpara + S
Velocidad VI II P Q Θ
motor+capacitor f.p.
del motor VOLTS AMPERS WATTS VARS GRADOS
20μf VAS
0 Pos. 8
0.2 Pos. 8
Pos. Del
fren o 0.4 Pos. 8
N/m
0.6 Pos. 8
0.8 Pos. 8
Carga S
lámpara
+ Velocidad VI II P Q Θ
f.p.
motor+c del motor VOLTS AMPERS WATTS VAS VARS GRADOS
apacitor
45μf
0 Pos. 8
Pos. 0.2 Pos. 8
Del
fren 0.4 Pos. 8
o
N/m 0.6 Pos. 8
0.8 Pos. 8
4.15 CUESTIONARIO
4.16 CONCLUSIONES
66
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
67
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 5.
5.2INTRODUCCIÓN TEÓRICA
68
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
I línea =I fase
La tensión que existe en las líneas se denomina tensión de línea VL o bien VAB,
VBC, VCA.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
V línea = √3 V fase
𝑽𝑪𝑨
𝑽𝑩𝑪
𝑽𝑨𝑩
Esta secuencia es el orden en que pasan los factores que representan las
tensiones de fase de un punto fijo de diagrama fasorial si se hacen girar los
fasores en sentido contrario al de las manecillas del reloj. Por ejemplo en la figura
la secuencia de fase es ABC (también llamada secuencia positiva).
Sin embargo puesto que el punto fijo se puede escoger en cualquier lugar sobre el
diagrama fasorial, la secuencia se puede escribir también como BCA o CAB. La
secuencia de fases es muy importante en la distribución trifásica de potencia. Por
ejemplo, en un motor trifásico, si se intercambian dos tensiones de fase, la
secuencia cambiara y se invertirá la dirección de giro del motor.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Una secuencia diferente que se puede presentar seria CBA para ella escogemos
VCA como referencia, como se muestra en la figura.
72
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Nótese que solo existe un tipo de tensiones en vez de dos como ocurre en el
sistema estrella.
VL= VF
73
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
A partir del análisis del diagrama fasorial se puede establecer que la corriente de
la línea es igual a √3 veces la corriente de fase, es decir.
IL = √3IF
Aun cuando las tensiones de línea y de fase de un sistema conectado en delta son
iguales, es práctica común o establecida describir la secuencia de fase en
términos de las tensiones de línea. El método empleado es el mismo que se
describió para las tensiones de línea del generador en Y.
74
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
ZA=ZB=ZC
Entonces:
IN=0
Para una carga balanceada, el ángulo de fase debe ser también el mismo para
cada impedancia.
En la práctica si una fábrica tiene solo cargas trifásicas balanceadas, la falta del
neutro no tendrá efectos, puesto que el sistema estará siempre balanceado; por
esto, el costo será menor, puesto que se reducirá el número de conductores
requeridos. No obstante, la iluminación y la mayoría de los equipos eléctricos
utilizaran solo una de las tensiones de fase e incluso, si se dañan las cargas para
que estén balanceadas (como es hecho siempre), nunca habría un equilibrio
continuo perfecto, puesto que las luces y otros equipos eléctricos se encenderán y
aparragaran alternando el equilibrio.
Para un sistema de cuatro hilos conectados en Y-Y la corriente que pasa por cada
fase del generador es la misma que su corriente de línea correspondiente.
IL=IF
75
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
5.7 Sistema Y- Δ
VL=VF
IL=√ 3 X IF
76
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
5.8 POTENCIA
Potencia reactiva
Potencia aparente
ST= √3 VL IL VAS
Factor de potencia
f.p. = PT/ST
Triangulo de potencia
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
1.- Con el tablero de la mesa de trabajo apagado, mueva el dial del Variac a la
posición cero.
1.- con el tablero de la mesa de trabajo apagado, arme el circuito para carga
estrella desbalanceada mostrada en la figura.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
2.- encienda el tablero de la mesa y ajuste la tensión entre las fases A-B a 20 volts
1.- Con el tablero de la mesa de trabajo apagado, arme el circuito para carga delta
desbalanceada mostrado en la figura.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
2.- Encienda el tablero de la mesa y ajuste la tensión entre las fases A-B a 20 volts
5.- Haga las mediciones de corriente de fase IAB, IBC e ICA conectando el
amperímetro según lo indicado.
80
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
1.- Con el tablero de la mesa de trabajo apagado, arme el circuito para carga delta
desbalanceada mostrado en la figura.
2.- Encienda el tablero de la mesa y ajuste la tensión entre las fases A-B a 20 volts
5.13 CUESTIONARIO
5.14 CONCLUSIONES
81
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 6.
SUBESTACIONES ELECTRICAS
6.0 OBJETIVOS.
6.2 INTRODUCCION.
Una subestación no es más que una de las partes que intervienen en el proceso
de generación transmisión y consumo de energía eléctrica.
Es el conjunto de elementos integrados que transforman, distribuyen, controlan y
miden la energía eléctrica proveniente de las plantas generadoras, líneas de
transmisión o líneas de distribución.
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Por su ubicación:
• Subestaciones de tipo intemperie. Se construyen en terrenos expuestos a la
intemperie y requieren de un diseño y equipo especial capaz de soporta
condiciones atmosféricas y climáticas adversas.
Por su construcción:
• Subestaciones compactas. También llamadas unitarias. En
estas subestaciones el equipo se encuentra protegido por un gabinete y el
espacio necesario es muy reducido, pueden construirse para servicio interior o
exterior.
83
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
a) cables de energía
b) cables de control
c) alumbrado
d) estructura
e) herrajes
f) equipo de incendio
g) equipo contra filtrado de aceite
h) sistemas de tierra
o sistema de alumbrado de intercomunicación
i) intercomunicación
j) trincheras, ductos, conductos,drenaje.
k) Cercas
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Por otra parte las subestaciones de distribución deben construirse en función del
crecimiento de la carga, es decir, deben estar ubicadas en los centros de carga de
áreas urbanizadas para, de esta forma, asegurar la calidad y continuidad del
servicio al usuario.
85
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
SUBESTACIONES COMPACTAS.
Con el fin de lograr una mejor regulación en las tensiones de utilización, la Cía. de
Luz y Fuerza del centro y la Comisión Federal de Electricidad suministran la
energía eléctrica en voltajes de clase 15kV, 23kV y 34.5 kV, requiriéndose, por lo
tanto, de una subestación eléctrica.
▪ Apartarrayos.
1. SISTEMA DE TIERRA.
86
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
6.8 cuestionario
6.9 conclusiones
87
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 7.
TRANSFORMADORES
7.0 OBJETIVOS
7.2 INTRODUCCIÓN
El efecto del transformador fue observado primero por Faraday en1831 cuando
experimentaba con dos bobinas sobre un núcleo de hierro. Encontró que
aplicando voltaje a una de las bobinas, se inducia voltaje en la segunda sin que
existiera conexión física entre ellas.
No fue sino hasta 1880 que los transformadores fueron utilizados para la
distribución de la potencia eléctrica. De donde entre todas las maquinas eléctricas
es quizá la más utilizada. Existen transformadores desde los más grandes de tres
fases empleados en las plantas eléctricas para la elevar el nivel del voltaje
generado y ser transmitido por largas distancias, hasta pequeños transformadores
de una fase utilizados en audio frecuencia.
Una maquina puede definirse como un aparato que acepta energía de alguna
forma, y transfiere esa energía a una forma alternativa a una carga.
88
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Un transformador es una maquina con una muy alta eficiencia, lo que la hace
indispensable en muchas aplicaciones.
ᶲp=ᶲm
El coeficiente de acoplamiento entre dos bobinas se denomina por la razón
anterior.
Puesto que el máximo flujo variable que puede enlazar al secundario ᶲp, el
coeficiente de acoplamiento entre dos bobinas no puede ser nunca mayor que 1.
M= K Lp Ls Henrys
90
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
a=Np /Ns
𝑽𝒑 𝑵𝒑 𝑰𝒔
= =
𝑽𝒔 𝑵𝒔 𝑰𝒑
a) Núcleo magnético.
b) Bobinas primarias, secundarias, terciarias, etc.
e) El medio refrigerante debe ser buen conductor de calor,; puede ser liquido
(como en casi todos los transformadores de gran potencia), solido o
semisólido.
g) Los indicadores son aparatos que señalan el estado del transformador. Por
ejemplo, marcan nivel del líquido, temperatura, presión, etc.
❖ De potencia
❖ Para audio
❖ Para FI ( frecuencia intermedia)
❖ De RF (radio frecuencia)
❖ Audio transformadores
92
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
El método de construcción
93
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Interconexión
94
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
7.8 % Regulación
Transformador reductor
95
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Transformador Reductor
96
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Fig2
Primario Secundario
Ip Vp Vs Is
(amp) (volts) (volts) (amp)
Tabla2
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MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Transformador elevador
98
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Transformador elevador
Fig1
Primario Secundario
Ip Vp Vs Is
(amp) (volts) (volts) (amp)
99
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Tabla1
Fig2
Primario Secundario
Ip Vp Vs Is
(amp) (volts) (volts) (amp)
Tabla2
100
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101
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Fig1
Primario Secundario
Ip Vp Vs Is
(amp) (volts) (volts) (amp)
Tabla1
102
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Fig2
Primario Secundario
Ip Vp Vs Is
(amp) (volts) (volts) (amp)
Tabla2
103
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
7.15 CUESTIONARIO
7.16 CONCLUSIONES
104
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 8.
Existe diversos recursos para poder obtener una alimentación de CD por ejemplo;
a) Una pila
b) Una batería o un banco de baterías
c) Un generador de CD
d) Una fuente de alimentación de CD
e) Un convertidor
Cada uno de estos implica un costo y así una cierta limitación en cuanto a la
cantidad de potencia que se puede suministrar hacia una carga. Sin embarga, es
imprescindible su utilización y por ello se tendrá que escoger alguno de ellos.
105
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
8.4 RECTIFICACION
R
E
C
T
I
F
I
C
A
D
O
R
106
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Este dispositivo está construido por un semiconductor de tipo p y otro de tipo n, los
dos combinados en una sola unidad p-n. El semiconductor así dormido tiene
muchas características nuevas si útiles. Cabe hacer notar que cada mitad de una
unidad n-p tienen portadores mayoritarios y minoritarios diferentes y debido a
ellos, la resistencia de dicha unidad a la corriente que fluye en una dimensión es
mucho mayor que su resistencia a la dirección de corriente opuesta. Esta unidad
por ello puede rectificar corrientes de CA a este dispositivo se le llama diodo
semiconductor diodo p-n o diodo de unión.
CORRIENTE
ELECTRONICA
107 MUY
PEQUEÑA
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
CORRIENTE
ELECTRONICA
ELEVADA
El periodo p-n conduce con más factibilidad en un sentido que en otro de modo
que es muy adecuado para convertir una corriente alterna en corriente
unidireccional.
CD
C.A
El signo indica que el voltaje fluctuante de CD, obtenido de este lado será positivo,
si el voltaje de CA se aplica al otro lado. La mayor parte de los diodos
rectificadores que se utilizan con señales pequeñas no llevan esta marca pero, en
cambio, pueden tener el símbolo del diodo semiconductor que muestra la dirección
de gran resistencia.
El signo indica que el voltaje fluctuante de CD, obtenido de este lado será
positivo, si el voltaje de CA se aplica al otro lado. La mayor parte de los diodos
rectificadores que se utilizan con señales pequeñas no llevan esta marca pero,
en cambio, pueden tener el símbolo del diodo semiconductor que muestra la
dirección de gran resistencia.
108
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
109
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Rectificador
En este circuito existen diodos, conectados de tal manera que cada uno de
ellos conduzca durante los semiciclos alternados de la CA de entrada. Los
110
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
diodos tienen una carga común y a través de ella el flujo de corriente siempre
tiene la misma dirección.
En la figura se ven los ánodos de los dos diodos conectados a los extremos
opuestos del secundario del transformador, el resistor (o carga eléctrica) se
conecta entre los dos cátodos y una terminal que constituye la toma central de
arrollamiento secundario. En un transformador de este tipo C es el punto medio
eléctrico del devanado secundario de modo que una mitad de voltaje inducido
esta entre los puntos A y C, mientras que la otra queda entre E y C. sin
embargo, los dos voltajes están desfasados 180° entre sí, ya que se miden
entre el punto C. esto hace que los diodos conduzcan todos los semiciclos del
voltaje, de entrada de CA.
111
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
El valor del voltaje de salida es igual a 0.637 del voltaje pico Vm=0.637 Vp
volts.
El valor eficaz o RPM es igual a 0.707 del voltaje pico, es decir, Vef =0.707 Vp
volts.
112
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113
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Salida CD
114
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Fig. No. 8.10 B diagrama de conexiones para mediciones de C.A. con osciloscopio
Entrada CA.
Salida CD.
115
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116
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Salida CD.
Salida CD.
117
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Salida CD.
Salida CD.
118
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Salida CD.
3. Conecte la sonda corno en los circuitos ya vistos en los puntos No 8.10, 8.11,
8.12. Anote los resultados en la tabla
Salida CD.
8.14 CUESTIONARIO
8.15 CONCLUSIONES
119
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
120
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 9.
9.0OBJETIVOS
Tablero de contactores
Estación de botones
Motor trifásico
Cables de conexión
El primero está formado por un conjunto de láminas, que forman una estructura
cilíndrica con ranuras oblicuas. En las ranuras se instalan barras construidas
de cobre, acero o de alguna aleación especial, corto curcuteadas en sus
extremos con unos anillos de material conductor.
El rotor es como el anterior, una estructura, laminada, solo que sus ranuras en
vez de barras alojan un devanado muy similar al del estator. El devanado del
rotor se manda al exterior a través de unos anillos rozantes.
121
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Cuando se conectan los devanados del estator a una fuente polifásica de C.A.
se crea un campo magnético giratorio cuya velocidad depende de la frecuencia
y del número de polos. La velocidad del campo magnético es conocida como
síncrona y está dada por la siguiente expresión:
120 𝑓
𝑁= 𝑅. 𝑃. 𝑀.
𝑝
p= número de polos
Al moverse el campo corta los devanados del rotor, induciendo corrientes que
conjuntándose con el campo magnético de rotación, desarrollan un par. Este par
hace que el rotor gire siguiendo al campo.
122
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
SIMBOLOGÍA.
Negativo
123
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Positivo
124
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
125
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126
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127
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
128
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Dentro del diagrama lineal se encuentran los circuitos de carga, conocido también
como de fuerza.
Circuito de control
Este circuito indica las operaciones secuenciales que se realizan para controlar el
sistema. Sus principales características son:
129
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
130
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
La figura 9.4.2 (a) muestra el diagrama lineal de control de un motor C.A. Trifásico jaula
de ardilla, controlado desde una estación de botones.
Fig 9.4.2 diagrama lineal de un arrancador para un motor de C.A. trifásico, jaula de
ardilla controlada desde una estación de botones (a) de control (b) de fuerza.
131
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Todos los circuitos por complejos que sean, son variaciones de dos tipos
básicos, conocidos como de dos o de tres hilos.
Fig 9.5.1 diagrama de conexiones de un arrancador con dos hilos al dispositivo de mando.
Como regencia a la fig. 9.5.1 cuando el contador del elemento de mando se cierra,
la bobina M, se energizara cerrando los contactos en el circuito de carga
accionados por ella.
Si se llega a presentar una baja tensión o falla de esta, a pesar de estar cerrado el
contacto del dispositivo de mando, la bobina no produce el campo necesario para
mantener cerrados los contactos y el motor se desconecta. Debido a esta
característica el circuito de dos hilos se le conoce también, como de liberación por
falta de tensión y/o por baja tensión.
133
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
También pueden utilizarse interruptores de cuchillas de tres polos y dos tiros, los
cuales en una posición conectan el motor en un sentido y en la otra invierten dos,
cualesquiera de las tres fases que lo alimenten invirtiendo la velocidad del motor.
134
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Las líneas punteadas que unen las bobinas de los contactores A y R, indican una
interconexión mecánica entre estas, de tal manera que cuando este energizada
135
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
una de las bobinas, la otra no puede enclavarse aunque se haya energizado. Con
esto se evita un corto circuito si se cerrara simultáneamente los contactores de A y
de R.
Existen otros montajes en donde el bloqueo eléctrico puede realizarse con una
interconexión de botones, como se muestra en la figura9.6.4 nótese que al pulsar
un botón, el de adelante o el de reversa se desconecta el circuito de alimentación
de la bobina que no se desea energizar, evitando así el acondicionamiento
simultaneo de los contactores mostrados.
136
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Cuando sobrevive esta última, las unidades sensoras del relevador en serie con
las líneas de alimentación del motor la detectan, actuando sobre el contacto o
contactos normalmente cerrado, que se encuentran en la misma línea de la bobina
del contactor. Estos se abren interrumpiendo la alimentación de la bobina y al
desenergizarse esta, se produce la apertura de los contactos de fuerza o carga,
desconectando al motor, para arrancar nuevamente la máquina, una vez que
termina el efecto de la sobrecarga, hay que pulsar la barra o botón de restablecer,
que traen para tal, los relevadores de sobrecarga.
137
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Esta manera de arrancar los motores obedece a alguna de las siguientes razones:
se desea disminuir la corriente de arranque demandada por el motor, o bien,
acelerar suavemente la carga, esto es disminuir el par.
Existen varias formas o métodos para lograr esta manera de arranque, entre los
principales se tienen con:
a) Resistencias primarias
b) Reactancias
c) Autotransformador
d) Estrella- delta
En el caso en que se desee reducir el par para lograr una caeleracion mas suave
de la carga, el método esta sin discusión, pero cuando se desea reducir la
corriente, por restricciones de las compañías suministradoras, puede suceder que
la aparejada disminución, del par ocasione problemas la impulsar la carga. Sin
embargo, entre los métodos mencionados, se pueden encontrar algunos como el
de autotransformador cuya reducción del par por amper reducido no es tan crítica.
Es posible
utilizar
en este
modelo
de
138
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
El paro se realiza pulsando el botón pata tal el cual interrumpe el circuito que
energiza la bobina de conector M, provocando la apertura de los contactos M en el
circuito de carga. En el caso es una sobrecarga los contactos S.C se abren
desenrizando M, que desconecta el motor de la línea. Para volver a arrancar una
vez cesado el efecto de la sobrecarga hay que pulsar el botón de restablecer que
mecánicamente cierra los contactos y luego pulsar el botón de arranque.
139
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Esta situación ha hecho que muchos autores denominen a estos últimos como
semiautomáticos.
140
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Cuando el motor se conecta en estrella la tensión en cada una de las fases será
1/√3 veces el valor de la tensión de la línea que se aplica a cada fase si es
conectada en delta. Por otro lado siendo la corriente de la línea en la conexión
delta, la corriente absorbida por el motor durante el arranque en estrella será 1/√3
veces el valor que tomaría si se arrancara en delta.
141
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
142
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
9.10 CUESTIONARIO
9.11 CONCLUSIONES
143
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
PRACTICA N° 10.
COMPUERTAS LOGICAS
Compuertas lógicas
10.0 OBJETIVOS
144
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Es una compuerta que puede tener 2 o más entradas y una salida y desarrolla lo
que se conoce como multiplicación lógica.
Tabla de Verdad
Las operaciones que puede realizar una compuerta AND, también se pueden
representar en una tabla de verdad:
Entradas Salidas
A B S = AB
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
145
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Ecuación booleana
S = A X B X C……. S=ABC
0 * 0 = 0
0 * 1 = 0
1 * 0 = 0
1 * 1 = 1
Es una compuerta que puede tener dos o más entradas y salidas y desarrolla lo
que se conoce como adición lógica:
Tabla de Verdad
Las operaciones que realiza una compuerta OR, se pueden representar en una
tabla de verdad:
Entradas Salidas
A B S=A+B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
146
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Ecuación booleana
S= A + B + C + D + ……
0 * 0 = 0
0 * 1 = 1
1 * 0 = 1
1 * 1 = 1
Es una compuerta que solamente tiene una conexión de entrada y una conexión
de salida y efectúa la operación NOT, llamada inversión o complementación,
debido a que el potencial eléctrico que recibe en su terminal de entrada lo cambia
en su terminal de salida:
Por el contrario, cuando se aplica un potencial eléctrico de 0 volts, nivel bajo (0) a
la misma entrada del inversor o compuerta NOT, aparece un potencial de 5 volts,
nivel alto (1) en su salida.
Entrada Salida
A 𝑆 = 𝐴̅
0 1
1 0
147
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Ecuación booleana
̅
𝑺= 𝑨
Tabla de verdad.
Entradas Salidas
A B 𝑆 = ̅̅̅̅̅̅
𝐴𝐵
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
148
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Ecuación booleana
𝑺 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅
𝑨𝑩𝑪𝑫
Tabla de verdad
Las operaciones que pueden realizar una compuerta NOR, se pueden representar
en una tabla de verdad:
Entradas Salidas
A B 𝑆 = ̅̅̅̅̅̅̅̅
𝐴+𝐵
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
149
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
Ecuación booleana
𝑺 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅
𝑨+𝑩
N= 2 n
150
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
N= 2 n =22 = 4 filas
Entradas Salidas
A B S=A+B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Ejemplo:
N= 2 n =23 = 8 filas
Entradas Salidas
A B C S = A + B+C
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
151
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
1) x 0 = 0
2) x 1 = x
3) x x = x
4) x 𝑥̅ = 0
5) x + 0 = x
152
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
6) x + 1 = 1
7) x+x=x
8) x + 𝑥̅ = 1
9) f ( X Y)1 NAND
153
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12) F = XY + X1 Y1 = X ʘ Y X NOR
Leyes conmutativas
(9) x + y = y + x
Leyes asociativas
(11) x + (y + z) = (X + Y) + Z = X + Y + Z
(12) X (Y Z) = (X Y) Z = X Y Z
Leyes distributivas
(13 a) x (y + z) = x y + x z
(13 b) (w + x) (y + z) = w y + x y + w z + x
(14) X +XY = X
(15) x + 𝑥̅ y = x + y
154
MANUAL DE ELE MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA
(16) ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅
(𝒙 + 𝒚) = 𝒙̅∗ 𝒚
̅
(17) ̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅ + 𝑦̅
(𝒙 ∗ 𝒚) = 𝒙
El teorema (16) afirma que invertir la suma OR de dos variables es lo mismo que
invertir cada variable por separado y luego operarlas con ANDA. El teorema (17)
expresa que invertir el producto AND de dos variables es lo mismo que invertir
cada variable por separado y luego operarlas con OR.
10.12 CUESTIONARIO
10.13 CONCLUSIONES
155