Instrumentos Electrodinamicos Clase

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UNCP -FIEE 1Ing. ABEL C. CATAY B.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

INSTRUMENTOS ELECTRODINAMICOS

Ing. Abel C. Catay Buitrn


INSTRUMENTOS ELECTRODINAMICOSEl sistema electrodinmico funciona en base a la accin recprocade dos flujos magnticos generados en dos bobinas. La corrienteque se va a medir se hace circular por las bobinas, siendo losflujos proporcionales a la corriente medida.

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El mecanismo consiste en unabobina fija (1) y otra mvil (2).Las fuerzas (F) que actan entrelas dos bobinas originan elmomento motor (Mm) que hacegirar la bobina mvil dentro de labobina fija en direccin hacia laposicin en la cual los flujosmagnticos de ambas bobinascoincidan.El momento motor (Mm) estcompensado por el momentoantagonista (Ma) originado por dosespirales (3), las cuales conducencorriente a la bobina mvil, deigual manera como ocurre eninstrumentos magnetoelctricos.La Figura muestra un sistemaelectrodinmico utilizado para laconstruccin de un vatmetro. Laaguja indicadora est fijada al ejede la parte mvil.


Para utilizar el sistema como voltmetro o ampermetro seconectan en serie las dos bobinas, por ambas circula la mismacorriente.Si se desea utilizar el sistema como vatmetro, la bobina fija debaja resistencia se conecta en serie y la bobina mvil enparalelo con el circuito.En consecuencia, la corriente del receptor circula por la bobinafija y la corriente que es funcin de la tensin circula por labobina mvil. En este caso el sistema es un vatmetro y midepotencia.Al conectar un instrumento electrodinmico a la corrientealterna, el sentido de la corriente vara en ambas bobinassimultneamente y, en consecuencia, el momento motor sigueactuando en el mismo sentido.

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La diferencia bsica entre el funcionamiento de un instrumentomagnetoelctrico (bobina mvil) y el de un instrumentoelectrodinmico radica en el carcter del flujo magnticoprincipal. En un instrumento magnetoelctrico el flujo principales originado por el imn permanente; en cambio, en uninstrumento electrodinmico se origina en la bobina fija.Mientras el flujo magntico del imn permanece constante, elflujo de la bobina fija vara su sentido y y su amplitud segn lafrecuencia de la corriente que circula.


Los instrumentos electrodinmicos se construyen en dos variantes:a) Instrumentos electrodinmicos sin ncleo,b) Instrumentos ferrodinmicos.

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Un instrumento ferrodinmico se diferencia de un instrumentoelectrodinmico sin ncleo, por tener ncleos de materialesmagnticos en ambas bobinas. El principio de funcionamiento es elmismo que en un instrumento sin ncleo, pero el empleo dencleos ferromagnticos permite la obtencin del flujo magnticode valor elevado con un consumo mnimo de energa. Las Figurasmuestran los detalles de construccin de un instrumentoferrodinmico.


Cuando el ncleo del electroimn est construido en formacilndrica, tal como lo muestra la Figura, presenta la gran ventajade ofrecer una proteccin contra influencia de camposmagnticos externos.

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Dado que la induccin en el entrehierro B es proporcional al flujo Fy este a su vez es proporcional a la intensidad I resulta que larespuesta de este instrumento, es decir equilibrio es proporsional alproducto IF.IM. Esto permite 3 conexiones posibles para laconstruccion de amperimetro, voltimetro y vatimetro.


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EL VOLTIMETRO ELECTRODINAMICOEl voltmetro electrodinmico, bsicamente, se construyeconectando en serie dos bobinas, fija y mvil, y una resistenciaadicional (Ra)Las reactancias de ambasbobinas deben ser de valordespreciable en relacin alvalor de la resistenciaadicional. Cuando secumple esta condicin, sepuede asumir que lacorriente que circula por lasbobinas es:

donde Rv = Ra + R1 + R2


EL AMPERIMETROSe emplean dos sistemas de conexin interna en losampermetros electrodinmicos:

En el cual las bobinas, fija (1) y mvil (2) estnconectadas en serie.

Se emplea en ampermetros de alcance 0,5 A como mximo.

Lo reducido del valor tope sedebe al calentamiento por lacorriente de las dos espiralesantagonistas, pues, como essabido, estas espirales, ademsde originar el momentoantagonista, sirven de conexinelctrica de la bobina mvil.

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La conexin en serie implica el paso de la totalidad de lacorriente que se mide, a travs de las espirales.Cuando el calentamiento de las espirales es excesivo, vara elmdulo de elasticidad de ellas y, en consecuencia, elinstrumento lo acusa con un error de signo positivo.


2) En el cual las bobinas, fija (1) y mvil (2) estnconectadas en paralelo.Se emplea en ampermetros de intensidades mayores a 0,5 A. Eneste caso la corriente i que se mide se bifurca en el punto A ,dando lugar a la corriente i1 de la bobina fija y la corriente i2 dela bobina mvil. Con corriente alterna, el instrumento acusarcorrectamente cuando la intensidad i que se mide sea igual a lasuma algebraica de las corrientes parciales i1 e i2. Esta condicinse obtiene siempre y cuando no haya desfase entre i1 e i2.

La intensidad i1 circula por labobina fija (1) de inductancia L1;la intensidad i2 circula por labobina mvil (2) de inductanciaL2. Cuando se mantengaconstante la relacin entrereactancias y resistencias enambas bobinas, no se producirdesfase entre ambas corrientes.

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Esto se obtiene conectando en serie con cada una de las bobinaslas resistencias de manganina ( = const.). Comparando losvalores de las resistencias activas de la bobinas con los de lasresistencias adicionales (R1 y R2), resultan los primeros de valordespreciable.


Se muestra la conexin interna de un ampermetro de dos alcancescon la bobina fija seccionada. La bobina fija del instrumento estdividida en dos mitades 1A y 1B. A cada una de las secciones estconectada en serie una resistencia adicional de manganina (RA y RB).Con la bobina mvil (2) est conectada otra resistencia adicional RC.La bobina mvil est en paralelo con la seccin 1B de la bobina fija.

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EL VATIMETRO ELECTRODINAMICORespuesta en corriente continua:

El ngulo de equilibrio:equilibrio = K. IF .IMIF = I; IM = U/(RM + Rad)


El sistema electrodinmico, tiene mejor aplicacin en laconstruccin de vatmetros. (medidor de potencia activa).

La potencia activa de c.a. se expresa:P = U.I.cos(U,I) = U.I.cos

El vatmetro monofsico se compone de:1. Una bobina fija de muy baja impedancia, se conecta en serie con

la carga y genera el flujo magntico proporcional a la intensidadde corriente que toma la carga.

2. Una bobina mvil por donde circula la corriente proporcional a latensin. Esta bobina tambin de baja impedancia se conecta enserie con una resistencia adicional Rad de alto valor encomparacin con el de la bobina. Por esta razn la corriente de Iude la bobina de tensin esta en fase con la tensin medida U, yel ngulo de desfase es el ngulo entre los fasores de lacorriente I y la tensin U.

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Respuesta en corrientealterna:


Los vatmetros electrodinmicos se fabrican en clases deexactitudes de 0,1; 0,2 y 0,5. En instrumentos porttiles y delaboratorio.Los vatmetros trifsicos son un conjunto de dos o tres sistemasmonofsicos que actan sobre un mismo eje indicador.La potencia aparente se puede determinar mediante las lecturasde un voltmetro y un ampermetro.

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VARIMETRO ELECTRODINAMICOEl vrmetro es un instrumento igual al vatmetro y sirve para medirdirectamente potencia reactiva.

El varmetro medir lapotencia reactivaexpresada por:

Por la bobina de intensidad (fija) del varmetro circula la corriente Idel circuito y por la bobina de tensin (mvil) circula la corriente Iuproporcional a la tensin del circuito.


El desfase requerido en el circuito de tensin puede serinductivo o capacitivo.El desfase inductivo consiste en la conexin de una resistenciaRs en paralelo con la bobina mvil y su resistencia adicional Rad,y en serie con el conjunto una inductancia Lu.

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En el desfase capacitivo en lugar de la resistencia Rad y de lainductancia Lu, estn conectados dos condensadores C1 y C2. laresistencia Rs esta conectada en paralelo con la bobina mvil y consu condensador C1. Aqu el vector corriente Iu se adelanta al vectortensin U. El instrumento tiende a acusar en sentido negativo; debeinvertirse las conexiones en uno de los circuitos.


CONCLUSIONES1. Este tipo de movimiento es considerado para construir

aparatos de una gran precisin tanto en ampermetros,voltmetros, wattmetros y medidores de factor de potencia.

2. El campo magntico se genera a travs de la corriente queesta midiendo, la cual pasa sobre la bobina fija, produciendoel campo magntico.

3. Contiene una bobina mvil que tambin conduce unacorriente e interacta con el campo de las bobinas fijas,dando como resultado que la bobina mvil gire yconsecuentemente que la aguja reflexione, para as indicar elvalor de la cantidad que se est midiendo a travs de laescala graduada.

4. Debido a que este tipo de sistema se basa en la accin decampos magnticos, es conveniente ponerlo dentro de unacarcasa de hierro para blindarlo de cualquier campo parsitoexterno que pueda producir errores de lectura.

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5. Puesto que la corriente que se mide la determina tanto el campomagntico como la interaccin de la bobina mvil con el campo,la desviacin resultante de la aguja es proporcional a I2.

6. En C.A., la aguja toma una posicin proporcional al promedio dela corriente al cuadrado, por lo que, la escala se calibra para leerla raz cuadrada de esta cantidad (rms).

7. El movimiento electrodinmico produce lecturas extremadamenteexactas pero est limitado por sus requerimientos de potencia.

8. El campo magntico que se produce en las bobinas fijas por unapequea corriente es mucho ms dbil que el campo permanenteproducido en el movimiento DArsonval.

9. Los instrumentos electrodinamomtricos pueden utilizarse paramedir cualquier tipo de seal: continua, sinusoidal, triangular,cuadrada, etc. porque, la lectura del instrumento es proporcionala la potencia real promedio de la seal aplicada al mismo.


10. Al efectuar medidas con el vatmetro, hay que tener cuidado deno sobrepasar los alcances de cada circuito, en formaindependiente. Es decir, como el instrumento mide potencia,sta puede estar dentro del alcance de la escala, pero por unaseleccin defectuosa del alcance de uno de los circuitos, seestara sobrecargando al instrumento. El riesgo es mayor cuandose miden potencias con factores de potencia bajos.

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Dentro de algunas de sus caractersticas estn:Es un instrumento apropiado para la medida de corriente, tensin ypotencia continuas o alternas.Los voltmetros poseen escalas cuadrticas, los voltmetros escalasaproximadamente lineales.Son ms costosos de fabricar que los instrumentos de bobina mvil ytienen un consumo mayor de energa.Miden el verdadero valor de ondas c.a., sea cual fuere su forma.Son instrumentos que se pueden utilizar tanto para circuitos de c.a.como de c.c.; no resultan afectados con la frecuencia.Los campos magnticos parsitos pueden modificar elfuncionamiento del dinammetro.

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