Manuales Siemens: Tomo 6 Medidas electricas [Reprint 2021 ed.] 9783112467329, 9783112467312

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MANUALES SIEMENS Publicados por la Siemens & Halske A . - G . y la Siemens-Schuckertwerke A . - G .

Tomo Medidas

VI: eléctricas

W a l t e r de G r u y t e r & C o . , B e r l i n y L e i p z i g

1930

MEDIDAS ELECTRICAS vo r WERNER

SKIRL

I N G E N I E R O-J EFE

Versión española de

Emilio R. Mata Ingeniero del I. C. A. I.

Con 431 figuras

Walter de Gruyter & Co., Berlin y Leipzig 1930

Reservados t o d o s los derechos, especialmente los de la t r a d u c e '

C o p y r i g h t b y Wa I t e r d e G r u y t e r & C o . l í e ri i n y L e i p z i g '

Prefacio. El p r e s e n t e libro se dedica a todos aquéllos que tengan interés por las mediciones eléctricas, lo que. d a d a su importancia, equivale a decir, a todo el vasto círculo que comprendo 110 solamente a los ingenieros, sino a todos los técnicos, en general. Respondiendo a este punto de vista, la materia. 110 siempre íácil de explicar, se ha t r a t a d o de tal manera, que el lector p u e d a familiarizarse con ella en la forma más sencilla posible. El contenido del libro se ha ordenado con arreglo a las exigencias de la práctica, p a r t i e n d o siempre de la magnitud que se ha de medir y terminando, después de haber hablado de los métodos que en cada caso se pueden aplicar, con la descripción de los a p a r a t o s necesarios p a r a e f e c t u a r las mediciones. Con el fin de dar al libro el carácter de obra de consulta, se ha elaborado un índice que, b a j o títulos comunes, permite encontrar los datos principales de los diversos aparatos. Las ilustraciones, esquemas de conexiones y d i a g r a m a s se han dispuesto, en su m a y o r parte, en láminas con pies explicativos, de m a n e r a que ellas solas, y prescindiendo del texto correspondiente, constituyen y a un v e r d a d e r o curso de técnica de mediciones. La u n i f o r m i d a d de las láminas se la ha conseguido confeccionándolas p a r t i c u l a r m e n t e p a r a esta obra con sujeción a un mismo punto de vista, d a n d o en ellas especial importancia a la clara representación de las conexiones. L a s figuras en negro sobre blanco, d i b u j a d a s por el autor, contribuirán seguramente a la clara comprensión de la obra. Con objeto de que se p u e d a n encontrar con facilidad las diversas láminas, se ha colocado al final del libro un índice de las mismas, clasificado según las especialidades a que se refieren. Siemensstadt, Marzo 1930. Werner Skirl.

Materias.

Pás.

A. Generalidades

1

1. Importancia do la medida

1

2. Exactitud necesaria en las diversas medidas

4

:i. Exactitud de los diversos a p a r a t o s de medida

5

4. Explicación de las inscripciones en los instrumentos

.

.

.

12

B. Medida de la intensidad y de la tensión

13

1. F u n d a m e n t o s físicos

13

2. Generalidades sobre medidas de intensidad y tensión 3. Amperímetros y voltímetros de bobina móvil, continua a) Construcción y propiedades del sistema de b) Instrumentos p a r a medidas de servicio c) Instrumentos de tipo Z di Instrumentos de precisión 4. Voltímetros y amperímetros de hierro móvil continua y alterna a) Construcción y propiedades del sistema de b) Instrumento p a r a medidas en explotación

para

.

medida

para

.

.

14

corriente .

.

17 17 19 21 23

corriente

medida

.

.

5. Amperímetros y voltímetros electrodinámicos para corriente alterna a) Construcción y propiedades del sistema de medida . . . b) Instrumentos de precisión C. Medida indirecta de intensidad y tensión

29 29 31 35 35 39 41

1. Generalidades sobre las medidas con t r a n s f o r m a d o r e s de medida a) Las distintas clases de transformadores de medida y sus campos de aplicación b) Reglas generales de conexión para t r a n s f o r m a d o r e s de medida c) Cálculo de las constantes de medida

44 49

2. T r a n s f o r m a d o r e s de intensidad de construcción normal a) Generalidades sobre su construcción

51 51

.

.

41 41

Materias.

A III

Pág. b ; T r a n s f o r m a d o r e s de intensidad t r a n s p o r t a b l e s para tensiones hasta de 651) V c) T r a n s f o r m a d o r de intensidad, de precisión, transportable, para tensiones hasta de l ó 000 Y 3.

T r a n s f o r m a d o r e s de intensidad seguros contra cortocircuitos. a ) Generalidades b) T r a n s f o r m a d o r e s de b a r r a c ) T r a n s f o r m a d o r de medida, de bu ele di T r a n s f o r m a d o r de medida, de porcelana, de agujero transversal

4.

T r a n s f o r m a d o r e s de (elisión . . . . . . . a ) Generalidades sobre la construcción b) T r a n s f o r m a d o r e s de tensión, t r a n s p o r t a b l e s , para tensiones hasta de 600 V c) T r a n s f o r m a d o r e s de tensión, de precisión, transportables. para tensiones hasta de 12 000 V

5. E l empleo de los pasamuros condensadores para medida . . a ) Construcción de los pasamuros-condensadores . b) Métodos de medida D.

fines de . . . . . .

Medida de intensidades y tensiones pequeñas por medio del galvanómetro 1. Generalidades sobre las distintas formas c o n s t r u c t i v a s de los galvanómetros 2.

Constantes de intensidad y tensión

3. Determinación

51 53 60 60 61 69 71 75 75 75 77 79 79 80

83 83 86

de las constantes

88

4. E l e c c i ó n del g a l v a n ó m e t r o apropiado para una medida determinada

94

5. Disminución de la sensibilidad

94

6.

Determinación de la constante de r e s i s t e n c i a

7. Medidas

98

balísticas

99

8. L a constante balística y su determinación

100

9. Disminución de la sensibilidad del g a l v a n ó m e t r o b a l í s t i c o . 10.

.

102

Medida de pequeñas corrientes alternas por medio del termoelemento de vacío y galvanómetro de corriente continua . .

103

E . Medida de la potencia 1.

Generalidades a ) P o t e n c i a activa, potencia r e a c t i v a , potencia a p a r e n t e b) Sentido de la potencia

105 .

.

105 105 107

Materias.

IX Pág.

2. Distintas formas constructivas de los vatímetros . • . . a) Vatímetros electrodinámicos, sin hierro b) Vatímetros electrodinámicos con núcleo de hierro cerrado . e) Vatímetros de campo giratorio

110 110 115 121

3. Cálculo de las transportables

123

constantes

de

medida

de

los

vatímetros

4. Clases y reglas de conexión a) Conexión directa, semiindirecta e indirecta b) Reglas de conexión de los vatímetros transportables 5. Conexiones de medida para corriente monofásica

.

.

. .

. .

125 125 127 129 135

(i. Métodos de medida en corriente trifásica a) Métodos de medida para la determinación de la potencia activa b) Métodos de medida para la determinación de la potencia reactiva c) Resistencias conmutables para potencia activa y reactiva .

144 151

7. Conexiones de medida para corriente trifásica

152

F. Contraste de amperímetros, voltímetros y vatímetros por e! método de compensación 1. Principio del método de compensación 2. Conexión interior del a p a r a t o de compensación de R a p s . . 3. Contraste de voltímetros 4. Contraste de amperímetros 5. Contraste de un vatímetro 0 . Verifiación de contadores 1. Generalidades 2. Dispositivos de verificación continua 3. Dispositivos de verificación alterna

135

157 157 159 167 169 171 174 174

de

contadores

para

corriente

de

contadores

para

corriente

175 j 77

H. Prueba de transformadores de medida 1. P r u e b a de t r a n s f o r m a d o r e s de intensidad 2. P r u e b a de t r a n s f o r m a d o r e s de tensión

185 185 191

1. Medida del factor de potencia. 1. Generalidades 2. Sistema de medida, del fasímetro 3. Conexión del fasímetro

191 191 194 197

X

Materias Pág.

K. Medida de la frecuencia y de la velocidad angular 1. F r e c u e n c í m e t r o s . . . . 2. C o n t a d o r de r e v o l u c i o n e s p a r a indicaciones p r ó x i m a s . 3. C o n t a d o r de r e v o l u c i o n e s p a r a indicaciones a d i s t a n c i a

. .

199 199 203 205

L. Determinación de la sucesión de las fases en una red de corriente trifásica

207

M. Determinación del sincronismo 1. < i e n e r a l i d a d e s 2. F r e c u e n c í m e t r o doble y voltímetro doble 3. Voltímetro de cero 4. V o l t í m e t r o s u m a d o r 5. S i n c r o n o s c o p i o con a g u j a g i r a t o r i a

209 209 213 214 215 216

N. Medida de la resistencia de conducción 1. Medida por i n t e n s i d a d y tensión . a) G e n e r a l i d a d e s b) D i s p o s i t i v o de medidas p a r a la d e t e r m i n a c i ó n de pequeñas resistencias c) Dispositivo para la m e d i d a de la resistencia de i n d u c i d o s

219 219 219

. .

221 223

2. Medida de r e s i s t e n c i a s m e d i a n a s y g r a n d e s con el ]inerte de W h e a t s t o n e a) G e n e r a l i d a d e s b) P u e n t e de medidas, de c l a v i j a s , con resistencia de compar a c i ó n c o n e c t a d a en serie c.) P u e n t e de m e d i d a s de precisión, de c l a v i j a s con r e s i s t e n c i a de c o m p a r a c i ó n c o n e c t a d a en d é c a d a s d) P u e n t e d e m e d i d a s de m a n i v e l a s de precisión . . . . e) P u e n t e de m e d i d a s con hilo calibrado, p a r a c o r r i e n t e a l t e r n a

231 235 237

3. Medidas de p e q u e ñ a s r e s i s t e n c i a s con el p u e n t e de T h o m s o n a) G e n e r a l i d a d e s b) P u e n t e a n t i g u o d e T h o m s o n con hilo de m e d i d a c a l i b r a d o c) P u e n t e de doble m a n i v e l a p a r a m e d i d a s de precisión . .

239 239 241 243

4. O h m e t r o s de indicación d i r e c t a a) G e n e r a l i d a d e s b) Ohmetros con conexión en paralelo c) O h m e t r o s con conexión en serie d) Ohmetro f u n d a d o en el principio del cociente

247 247 249 249 251

.

.

.

.

O. Medida de la resistencia de aislamiento 1. P r e s c r i p c i o n e s p a r a las m e d i d a s de aislamiento . . . . 2. G e n e r a l i d a d e s sobre la construcción de los a p a r a t o s p a r a la m e d i d a del a i s l a m i e n t o

225 225 230

254 254 258

Materias.

XI Pài.

3. I n d i c a d o r de a i s l a m i e n t o con móvil e i n d u c t o r d e m a n i v e l a

sistema

do m e d i d a

de

bobina 259

4. I n d i c a d o r e s d e a i s l a m i e n t o , d e p r e c i s i ó n , con s i s t e m a d e m e d i d a de b o b i n a c r u z a d a e i n d u c t o r d e m a n i v e l a . . .

261

'). E j e c u c i ó n der u n a m e d i d a de a i s l a m i e n t o en u n a i n s t a l a c i ó n .

263

P. Medida de la resistencia de placas de tierra 1. G e n e r a l i d a d e s 2. A n t i g u o s m é t o d o s p l a c a s de t i e r r a

267 267

para

la m e d i d a

de

la

resistencia

de

a) .Medida con d o s t i e r r a s a u x i l i a r e s b) M e d i d a con u n a t i e r r a a u x i l i a r de t a m a ñ o v a r i a b l e c) Método de W i e c l i e r t 3. P u e n t e d e m e d i d a con t e l é f o n o p a r a p a r a r r a y o s . 4. N u e v o m e d i d o r d e t i e r r a

las .

.

.

.

.

.

0 . Medida de la autoinducción

271 271 273 274 277 278 283

1. G e n e r a l i d a d e s 2. P u e n t e d e m e d i d a p a r a g r a n d e s a u t o i n d u c c i o n e s . 3. Puente; d e m e d i d a s p a r a p e q u e ñ a s a u t o i n d u c c i o n e s .

. .

. .

283 286 289

. .

R. Medida de la capacidad

292

1. G e n e r a l i d a d e s 2. Medida con el g a l v a n ó m e t r o b a l í s t i c o 3. Medida con el p u e n t e de c o r r i e n t e a l t e r n a

.

S. Localización de a v e r í a s

292 292 293 295

1. G e n e r a l i d a d e s

295

2. L o c a l i z a c i ó n puente

de

3. L o c a l i z a c i ó n

de

averías

de

un

circuito

por

el

método

del 295

averías

de

un

circuito

por

el

método

de

la c a í d a d e t e n s i ó n

299

4. L o c a l i z a c i ó n d e a v e r í a s d e u n c i r c u i t o m i d i e n d o la c a p a c i d a d

303

5. P u e n t e con hilo d e m e d i d a p a r a la l o c a l i z a c i ó n d e las a v e r í a s d e un c i r c u i t o

304

T. C o n e x i o n e s c o m p l e t a s para medidas en cables

307

1. C o n e x i ó n t r a n s p o r t a b l e p a r a m e d i d a s en cables p a r a

corriente

f u e r t e y débil

307

a ) C o n e x i ó n i n t e r i o r del d i s p o s i t i v o d e m e d i d a s

.

.

.

.

307

b) C o n e x i ó n e x t e r i o r p a r a las d i s t i n t a s m e d i d a s

.

.

.

.

309

Materias.

XII

Páe. i.

C o n e x i ó n t r a n s p o r t a b l e p a r a m e d i d a s en cables e s p e c i a l m e n t e de a l t a s r e s i s t e n c i a s de a i s l a m i e n t o , con d e r i v a c i ó n de las c o r r i e n t e s superficiales

315

a) C a r a c t e r í s t i c a s e s p e c i a l e s de construcción y conexión interior b) Conexión exterior p a r a m e d i d a s de a i s l a m i e n t o y c a p a c i d a d

315 317

U. Vigilancia de redes por medio de medidas industriales .

.

.

.

320

1. G e n e r a l i d a d e s

320

2. F o r m a s c o n s t r u c t i v a s de los d i s t i n t o s relés a i Relé de m á x i m a p a r a d e s e n g a n c h e r á p i d o b j Relé de m á x i m a y de t i e m p o de d e s e n g a n c h e con dependencia l i m i t a d a c) Relé de máxima y de t i e m p o de d e s e n g a n c h e i n d e p e n d i e n t e . d) Relé de s o b r e c o r r i c n t e . con hierro g i r a t o r i o . . . . e) Relé adicional p a r a a l i m e n t a r el circuito de d e s e n g a n c h e por el t r a n s f o r m a d o r de i n t e n s i d a d f) Relé de dirección g) Relé auxiliar

323 323 327 329 331 331 333 335

3. C o n e x i o n e s f u n d a m e n t a l e s p a r a la protección c o n t r a sobrecorrientes a) E s e a l o m u n i e n t o sencillo de los relés de t i e m p o y de m á x i m a en las líneas a l i m e n t a d a s p o r 1111 solo p u n t o . . . . . b) K s c a l o n a m i e n t o do los relés en dirección o p u e s t a p a r a líneas a l i m e n t a d a s por dos p u n t o s c) P r o t e c c i ó n de dirección c o n t r a cortocircuitos y sobrecargas. p a r a líneas p a r a l e l a s a l i m e n t a d a s por un solo p u n t o d) P r o t e c c i ó n d i f e r e n c i a l c o n t r a c o r t o c i r c u i t o s y r o t u r a de línea, p a r a dos líneas en p a r a l e l o e) P r o t e c c i ó n poligonal c o n t r a cortocircuito, r o t u r a do línea o circuito a t i e r r a , p a r a m á s de dos líneas c o n e c t a d a s en paralelo f) P r o t e c c i ó n de las b a r r a s colectoras c o n t r a c o r t o c i r c u i t o s g) Conexión d i f e r e n c i a l p a r a g e n e r a d o r e s y t r a n s f o r m a d o r e s

353 359 362

4. Conexiones de p r i n c i p i o p a r a la v i g i l a n c i a d e los circuitos a tierra

364

V. Prueba de la rigidez dieléctrica

337 337 342 345 349

371

1. P u p i t r e p a r a p r o b a r a a l t a t e n s i ó n los a p a r a t o s p a r a corriente f u e r t e e i n s t r u m e n t o s de m e d i d a

371

2. I n s t a l a c i ó n

375

de p r u e b a a a l t a tensión, p a r a c o r r i e n t e a l t e r n a

xnr

Materias.

Pág.

:5. I n s t a l a c i ó n de p r u e b a p a r a c o r r i e n t e c o n t i n u a a a l t a t e n s i ó n

379

4. I n s t a l a c i ó n p a r a e interruptores

383

la

prueba

del

aceite

de

transformadores

W . Prueba de arrollamientos de máquinas

385

1. G e n e r a l i d a d e s 2. C o n e x i ó n inducidos

y

385 construcción

de

la i n s t a l a c i ó n

para

prueba

de

arrollamientos

de

387

3. A v e r i g u a c i ó n inducidos

de

cortocircuitos

en

los

389

4. A v e r i g u a c i ó n d e c u r t o c i r c u i l o s en b o b i n a s a i s l a d a s .

.

.

.

5. L o c a l i z a c i ó n de d e f e c t o s en el a i s l a m i e n t o

393 395

X. P r u e b a de las p r o p i e d a d e s m a g n é t i c a s del hierro

396

1. G e n e r a l i d a d e s

396

2. A p a r a t o de m a g n e t i z a c i ó n s e g ú n Kiipsel

399

3. A p a r a t o d e E p s t e i n

403

4. Método

405

diferencial

Y. Inscripción y transmisión a distancia de los resultados de las medidas 1. R e g i s t r a d o r d e t i n t a a) Clase d e i n s c r i p c i ó n d e las c u r v a s b) F o r m a s c o n s t r u c t i v a s d e los r e g i s t r a d o r e s d e t i n t a . . . c) A c c i o n a m i e n t o s i n c r ó n i c o d e v a r i o s r e g i s t r a d o r e s d e t i n t a

-409 409 409 413 417

2. R e g i s t r a d o r con e s t r i b o d e c a i d a

421

3. O s c i l ó g r a f o s

423

4. I n s t a l a c i o n e s

para

medidas a distancia

431

Z. Aparatos r e g u l a d o r e s para c o n e x i o n e s de medidas

435

1. R e g u l a d o r ó h m i e o p a r a i n t e n s i d a d y t e n s i ó n

435

2. R e g u l a d o r i n d u c t i v o p a r a i n t e n s i d a d y t e n s i ó n

.

.

.

.

439

3. T r a n s f o r m a d o r e s d e f a s e y m á q u i n a s d e c o n t r a s t e

.

.

.

.

441

4. I n s t a l a c i ó n

para

Apéndice Tipos y números.

p r u e b a d e relés

442 447 447

A. Generalidades. 1. Importancia de las medidas. Aun en los actuales tiempos en los que la técnica impera en todos los órdenes, se menosprecia generalmente la importancia de las medidas, considerándolas como un lujo, que si bien pueden permitírselo las empresas lucrativas, está vedado a las pequeñas industrias por el coste de los aparatos. Sin embargo, la medida es de vital importancia p a r a todas las empresas, grandes o pequeñas, porque medir es: saber, seguridad, ahorro y progreso. Medir es saber. La primera condición que se exige a un director técnico, es saber lo que acontece en los diversos servicios que de él dependen; ahora bien, este conocimiento que se le exige, solamente puede adquirirse efectuando mediciones en los diversos puntos de t r a b a j o . No basta que se dé por satisfecho con saber que sus máquinas marchan, sino que es preciso que sepa en qué condiciones funcionan y con qué rendimiento t r a b a j a n . P o r otra parte, debe estar al corriente del estado del aislamiento de su instalación, si quiere asegurarse contra inesperadas perturbaciones en el servicio. Medir da seguridad. Por continuas y sucesivas mediciones, se eleva al mismo tiempo el grado de seguridad de una instalación eléctrica. Todo director técnico sabe muy bien las pérdidas que ocasiona una paralización del servicio, que por u n a avería imprevista interrumpe toda la fabricación. Todo esto puede evitarse con solo efectuar medidas con regularidad, por cuanto puede decirse que: Medir es ahorrar. Mas, no solamente se evitan por las mediciones las pérdidas directas en la fabricación, sino que los datos que ellas proporcionan muestran el camino recto p a r a la implantación de mejoras, y a que delatan el lugar de los defectos que existen y su causa. Por tanto, las medidas llevan directamente al perfeccionamiento de la instalación, de manera que puede afirmarse que Medir es progresar. P a r a poder realizar correctamente las medidas que en la práctica puedan presentarse, es necesario conocer los diversos métodos y

Generalidades.

4

aparatos de medida, el grado de exactitud que con cada uno de ellos se deba y pueda alcanzar y las particularidades que en las diferentes mediciones concurren. E l proporcionar este conocimiento, es el objeto de este libro.

2. Exactitud necesaria en las diversas medidas. Antes de efectuar una medición, es preciso formarse un concepto claro de la exactitud requerida para el caso de que se trata, y solamente entonces se está en condiciones de elegir acertadamente aparatos más convenientes. de precisión

los

X o es necesario el empleo de aparatos

para toda clase de medidas, es más, p a r a muchas de

ellas . no sólo es suficiente, sino hasta más conveniente utilizar los aparatos de servicio o industriales, como en los casos en que hay que contar con 1111 manejo rudo de parte del observador, o cuando las condiciones del servicio 110 correspondan a la delicadeza de los instrumentos.

Debe tomarse en consideración que la mayor exactitud

de los aparatos de precisión se ha obtenido con detrimento de las propiedades mecánicas del sistema de medida y que, por lo tanto, un instrumento de precisión

resiste mucho menos un manejo

rudo

que un aparato industrial. La

clase

e

importancia

de

la

medida que se ha de ejecutar,

determinarán siempre el grado de exactitud de la misma. verificar las condiciones normales de servicio bastará la exactitud de un aparato cuando

se trate

de

realizar

Así, p a r a

generalmente

industrial, pero ésta no será suficiente pruebas

de

recepción,

de

determinar

rendimientos, o cuando se quiera seguir un proceso hasta en sus más pequeños detalles. E s necesario tener,

además,

en cuenta,

que la exactitud de la

medida no depende solamente de la clase del aparato empleado, sino también de la magnitud de las desviaciones de la a g u j a .

E l error de

indicación de un instrumento suele expresarse en por cientos del v a l o r final de la escala, y , por tanto, si al llevar a cabo u n a medición se obtiene una desviación de solamente la mitad de la escala, el error de indicación con respecto al v e r d a d e r o v a l o r se duplica, y se triplica, si la desviación alcanza únicamente

al tercio

de la escala.

De la

anterior consideración se desprende la conveniencia de elegir el campo de medida de tal modo que la desviación sea la m a y o r posible; por

Generalidades.

5

la misma razón, si ha de hacerse una serie de mediciones, se elegirán los campos de medida de tal manera que todas las desviaciones del índice sean superiores al primer tercio de la escala. Existen casos especiales en los cuales 110 es posible evitar las pequeñas desviaciones de la aguja indicadora, a causa de los pequeños factores de potencia con los que hay que contar; al mismo tiempo hay que tener en cuenta que se miden pérdidas: los errores que aparecen en la medida son, por lo tanto, pequeños con relación al valor calculado para el rendimiento, no llegando más que a por cientos de por ciento, por lo que no hay inconveniente en contentarse con el primer tercio de la escala. En la determinación de potencias perdidas, como, por ejemplo, en las medidas de marcha en vacío de transformadores, o en los ensayos de hierros, en los cuales el factor de potencia es sumamente pequeño, pueden reducirse aquellos errores sobrecargando el aparato por breves momentos, para obtener artificialmente mayores desviaciones de la a g u j a : la exactitud de medida que así se logra es todavía suficiente.

3. Exactitud de los diversos aparatos de medida. La Asociación de Electrotécnicos Alemanes, ha fijado valores determinados para el grado de exactitud de los diversos instrumentos con aguja indicadora, dividiéndolos a tal efecto en cuatro clases, designadas con las letras E, F, G y H, de las cuales las clases E y F abarcan los instrumentos de precisión y las G y H los aparatos de servicio o industriales. Los errores admisibles, señalados para cada una de las clases, comprenden los errores del aparato, tanto los mecánicos como los de escala, o sea el total de la diferencia entre el valor indicado por el aparato y el verdadero valor de la magnitud medida. Estos errores se expresan, generalmente, en tantos por ciento del valor final de la escala, y se llaman positivos cuando el valor indicado por el aparato es mayor que el verdadero de la magnitud medida, y negativos cuando es menor. Los errores máximos admitidos para los diversos aparatos de precisión e industriales, pueden verse en el cuadro de la página 6, habiendo sido determinados para una temperatura ambiente de 20 0 C y en el supuesto de que los instrumentos no sean influidos por campos magnéticos extraños. 2*

Generalidades.

6

L í m i t e s de e r r o r

I n s t r u m e n t o s de p r e c i s i ó n Clase

E

S i s t e m a de medida bobina móvil

de

amperímetro voltímetro

Clase

F

T o d o s los d e m á s s i s t e m a s de medida u s u a l e s amperímetro voltímetro vatímetro

± + ±

0.4 X o,;¡ % 0.;3 %

S i s t e m a de medida bobina móvil amperímetro voltímetro

+ ±

0.3 % 0-3 %

±

0,0 %

de

T o d o s los d e m á s s i s t e m a s de medida u s u a l e s amperímetro voltímetro vatímetro Error suplem e n t a r i o para lasclasesEvF

m á s 0.1

%

shunts

m á s 0,1

%

más 0,1

%

Instrumentos para

intercambiables

explotación

P a r a todos de medida

los

sistemas

amperímetro voltímetro vatímetro

F r e c u e n c í m e t r o de l e n g ü e t a s P a r a todos de medida

Límites de e r r o r E r r o r de i n d i c a c i ó n en % del valor final del c a m p o de medida ± 1,5 % ± 1,5 % ± i,5 E r r o r d e i n d i c a c i ó n en g r a dos a n g u l a r e s de la e s c a l a ± 2

%

fasímetro

Clase H

± /> X ± o.ó %

I n s t r u m e n t o s ile medida con r e s i s t e n c i a s en serie intercambiables c a m p o s de medida p a r a m á s de 2 5 0 voltios

C l a s e (i

E r r o r de i n d i c a c i ó n en % del v a l o r final del c a m p o de medida + 0.2 % ± 0,2

los

amperímetro voltímetro vatímetro

sistemas

I í r r o r de i n d i c a c i ó n en % del valor v e r d a d e r o + 1

%

E r r o r de i n d i c a c i ó n en % del v a l o r final del c a m p o de medida

±

% 3% 3

± 3 % ±

7

Generalidades. L í m i t e s de

T r a n s f o r m a d o r e s de intensidad

Clase E

Clase

F

C l a s e (t (para relés)

E r r o r en intensidad

Con c a r g a s e c u n d a r i a nominal (110 m e n o r de 0.6 ohmio ó 15 VA), un f a c t o r de p o t e n c i a s e c u n d a r i o comprendido e n t r e 0,5 v 1. una c a r p í en intensidad de 1 0 . . . 2 0 % de la intensidad nominal 2 0 . . . 1 0 0 % de la intensidad nominal

-4- 1 ±

Con c a r g a s s e c u n d a r i a s e n t r e c e r o y la nominal, un f a c t o r de p o t e n c i a s e c u n d a r i o entre (Mi v 1 v una c a r g a en intensidad (le 1 0 . . . 2 0 £ de la intensidad nominal 2 0 . . . 5 0 % de la intensidad nominal 5 0 . . . 100 % de la intensidad nominal (,'on c a r g a s s e c u n d a r i a s e n t r e c e r o y la nominal, un f a c t o r de p o t e n c i a s e c u n d a r i o entre 0.(i Y 1 Y una c a r g a en intensidad 'de 5 0 . . . 100 % de la int e n s i d a d nominal A partir de una intensidad 10 v e c e s m a y o r que la nominal debe c a e r la intensidad secundaria.

T r a n s f o r m a d o r e s de tensión

i Clase

Clase

E

F

Con p o t e n c i a nominal (no m e n o r de 30 VA), un f a c t o r de p o t e n c i a s e c u n d a r i o e n t r e 0.5 V 1 Y una c a r g a en tensión" d e ' 8 0 . . . 120 1 de la t e n s i ó n nominal Con p o t e n c i a n o m i n a l , un f a c t o r de p o t e n c i a s e c u n d a r i o e n t r e 0.6 v 1 v una c a r g a en t e n s i ó n de 9 0 . . . 1 1 0 % de la tensión nominal

u/

+

(10 min.

0,5 %

+

40 min.

± 2 %

±

120 min.

±

1-5

%

+

100 min.

±

1

%

+

80 min.

±

:

error

Angulo de error

3

%

no delimitado

L í m i t e s de e r r o r ,, , , ,„ ,„ E r r o r en A n g u l o de tensión | error

1

+

20 min.

± 1,5%

±

6 0 min.

±

0,5

Generalidades.

m +

11

Sistema de medida de bobina móvil con permanente.

imán

Sistema de medida de bobina c r u z a d a permanente.

imán

con

Sistema de medida de hierro móvil. Sistema de medida electrodinámico sin hierro. Sistema de medida de bobina c r u z a d a sin hierro. Sistema de medida electrodinámico encerrado en hierro. Sistema de medida de bobina c r u z a d a en hierro.

encerrado

Sistema de medida de campo giratorio (Ferraris).

Sistema de medida de lengüetas en resonancia. Corriente continua. Corriente alterna. Corriente continua y alterna. Corriente bifásica.

% %

Corriente trifásica equilibrada. Corriente trifásica desequilibrada. Corriente trifásica de cuatro hilos.

12

G jneralidadcs.

De ¡a misma manera que los a p a r a t o s , lian sido a g r u p a d o s en clases los t r a n s f o r m a d o r e s de medida, según su exactitud, pudiéndo verse los límites de errores admisibles para las clases más importantes, en el cuadro de la página 7. El g r a d o de exactitud de los puentes de medida depende de la sensibilidad del sistema de conexión a d o p t a d o (véase la pág. 227). L a verificación del g r a d o de exactitud de un puente de medida puede hacerse, una vez obtenido el equilibrio del puente, v a r i a n d o la resistencia de comparación en la unidad de la última o penúltima cifra decimal y observando si todavía tiene lugar una alteración en la desviación del galvanómetro.

4. Explicación de las inscripciones en los instrumentos. Como en un a p a r a t o no es posible conocer sin más la clase del sistema de medida que encierra, ni las condiciones en que ha de m a n e j a r s e , todos los a p a r a t o s llevan inscritos diversos símbolos, establecidos por la Asociación de Electrotécnicos Alemanes, que permiten conocer aquellas particularidades. La clase del sistema de medida va indicada por un pequeño símbolo característico, cuya forma y significación resultan del cuadro de la pág. 11. P a r a distinguir la clase de corriente se emplea el signo de igualdad p a r a la corriente continua y una línea sinusoidal p a r a la alterna, indicándose en las corrientes polifásicas el número de fases con otras t a n t a s líneas sinusoidales paralelas. La clase de c a r g a se distingue por el grueso de las sinusoides y la frecuencia nominal por una cifra colocada a continuación de ellas. La posición de servicio de cada a p a r a t o se indica por una línea vertical u horizontal, d i b u j á n d o s e un ángulo cuando el a p a r a t o se h a y a de emplear en posición inclinada. La tensión de prueba entre el sistema de m e d i d a y su c a j a , se indica por una estrella de color: negro, p a r a 500 V, rojo, p a r a 2000 V, y verde, p a r a 5000 V. Cuando h a y a que emplear t r a n s f o r m a d o r e s de medida, la relación de t r a n s f o r m a c i ó n de los correspondientes a cada instrumento, se indica por un quebrado, en el que el n u m e r a d o r y el denominador son el valor primario y el secundario respectivamente de la magnitud. En los a p a r a t o s de las clases E y F, a d e m á s de los datos anteriores, va e s t a m p a d o el número de fábrica.

13

B. Medida de la intensidad y de la tensión. 1. Fundamentos físicos. Los a p a r a t o s p a r a la medida de la intensidad de la corriente eléctrica se f u n d a n en distintos efectos de ésta. Si un conductor a t r a v e s a d o por una corriente eléctrica se coloca delante de una a g u j a imantada, se desvía ésta con tanto mayor ángulo cuanto mayor sea la intensidad de aquélla. Según el sentido en que pase la corriente la a g u j a se desviará hacia la derecha o hacia la izquierda. El sentido de la fuerza que mueve la a g u j a depende, por consiguiente, del de la corriente. El proceso se puede invertir, manteniendo la a g u j a fija y haciendo movible el conductor bien sea un hilo o una bobina. De este modo se llega al sistema ele medida de bobina móvil, que consta de un imán de acero fijo y una bobina móvil colocada en su campo. Un instrumento de esta clase sólo puede utilizarse, según lo anteriormente dicho, para corriente continua. Si se envía una corriente a t r a v é s de una bobina y se introduce en el hueco de ésta un pequeño trozo de hierro, se observa que éste es a t r a í d o h^eia adentro de la bobina. La fuerza de atracción es t a n t o mayor cuanto mayor sea la corriente. El sentido de esta fuerza es independiente del de la corriente y, por tanto, su efecto es el mismo p a r a corriente continua que alterna. Se utiliza este fenómeno en los sistemas de medida de hierro móvil, que consisten en u n a bobina fija y un trocito de hierro dispuesto de modo que pueda girar. Al cruzar dos conductores, por los que p a s a u n a corriente, nace entre ellos un efecto de fuerza mecánica, que t r a t a de colocar los dos conductores paralelos, de modo que la corriente los recorra en el mismo sentido. L a magnitud de la fuerza desarrollada es proporcional al producto de las intensidades que p a s a n por los dos conductores. El sentido de la fuerza no v a r í a cuando cambia el sentido de la corriente, siempre que este cambio sea simultáneo en los dos conductores. En los instrumentos de medida f u n d a d o s en este hecho se utilizan en lugar de conductores sencillos, dos bobinas cruzadas, de las cuales la u n a es fija y móvil la otra. Si, por último, suponemos que un hilo tenso es a t r a v e s a d o por u n a corriente, se calienta y, como consecuencia, se dilata. El calen-

14

Medida de la intensidad y de la tensión.

tamiento y. con él, la dilatación, es proporcional al c u a d r a d o de la intensidad de la corriente. Es i n d e p e n d i e n t e del sentido de la corriente, presentándose el fenómeno lo mismo con corriente continua que con alterna. Este fenómeno se utiliza en los instrumentos térmicos que consisten en un hilo tenso sostenido por dos puntos, cuyas inflexiones se transmiten a una a g u j a por medio de otro hilo tensor.

2. Generalidades sobre medidas de intensidad y tensión. Un amperímetro se intercala siempre en la línea cuya intensidad debe medirse, y un voltímetro, por el contrario, se conecta momentáneamente entre los p u n t o s cuya diferencia de potencial se quiere conocer. De estas sencillas reglas se deducen las condiciones que deben cumplirse p a r a emplear los sistemas de medida descritos anteriormente. Un a m p e r í m e t r o que. como se ha dicho, se conecta en la línea, debe producir la menor caída de tensión posible, p a r a que los a p a r a t o s unidos a aquélla reciban a p r o x i m a d a m e n t e la tensión del generador. Un voltímetro, que se conecta, a los dos polos de la línea, debe occasionar el menor gasto de intensidad posible, p a r a que la p é r d i d a de energía sea pequeño; y esto lleva a la consecuencia de que un voltímetro debe tener la m a y o r resistencia interior posible. Pero como según la construcción del instrumento su resistencia interior es distinta, resulta que debe saberse de antemano qué clase de sistema de medida es el más conveniente p a r a cada caso p a r a poder de este modo elegir el voltímetro y a m p e r í m e t r o más a p r o p i a d o s . Los elementos que e n t r a n en juego pueden verse fácilmente en las figs. 6 y 7. En ellas R es un consumidor de corriente, p. ej. u n a resistencia óhmica, cuyo consumo de corriente y tensión de b o r n a s deben medirse. En la conexión a el a m p e r í m e t r o A está conectado en el circuito delante de su derivación, m i e n t r a s que el voltímetro V está unido directamente a las bornas de la resistencia R. El amperímetro mide en este caso en lugar de la intensidad J b u s c a d a la suma J' = J + i,. El error producido al medir la intensidad de este modo es t a n t o m a y o r cuanto menor sea la intensidad a medir J y m a y o r el consumo de corriente i d e l voltímetro. Se debe tener cuidado, por consiguiente, de elegir un voltímetro del menor consumo posible, sobre todo en m e d i d a s de pequeñas corrientes. E n la conexión

M e d i d a d e la i n t e n s i d a d

v d e la

15

tensión.

b el a m p e r í m e t r o está colocado i n m e d i a t a m e n t e d e l a n t e de la r e s i s t e n c i a 11 y el v o l t í m e t r o , por el c o n t r a r i o , c o n e c t a d o en los e x t r e m o s de la conexión

en serie.

En

sn c o n s e c u e n c i a

el

amperímetro

indica

el

v e r d a d e r o v a l o r J . E n cambio, el v o l t í m e t r o indica u n a tensión m a y o r , p r o q u e mide a d e m á s la c a í d a de t e n s i ó n del a m p e r í m e t r o . Señala, por t a n t o , en l u g a r de la t e n s i ó n a medir la s u m a de tensiones £" = E + e „ .

Conexión

a.

Conexión

b.

Fips. G y 7. Posibilidades de conexión para medidas de corriente y de tensión. El e r r o r i n t r o d u c i d o p o r esto será t a n t o m a y o r c u a n d o m e n o r sea la t e n s i ó n E a m e d i r y m a y o r la r e s i s t e n c i a i n t e r i o r del a m p e r í m e t r o . P o r c o n s i g u i e n t e , debe t e n e r s e c u i d a d o en e s t a c o n e x i ó n de que el a m p e r í m e t r o t e n g a la m e n o r resistencia i n t e r i o r posible. Si se q u i e r e n c o r r e g i r los e r r o r e s que a p a r e c e n en la m e d i d a , d e b e elegirse en t o d o s los casos la c o n e x i ó n a, p o r q u e se conoce siempre la r e s i s t e n c i a i n t e r i o r del v o l t í m e t r o y, p o r t a n t o , su consumo de c o r r i e n t e .

Fifí. 8. S i s t e m a d e m e d i d a d e b o b i n a m ó v i l r o n i m á n p e r m a n e n t e . K s t e s i s t e m a d e m e d i d a es s ó l o u t i l i z a b l e p a r a c o r r i e n t e c o n t i n u a , p o r q u e el s e n t i d o d e la d e s v i a c i ó n ele la a f l i j a d e p e n d e d e l s e n t i d o d e la c o r r i e n t e .

F i f í s . 9 y 10. L a ti»', d e la i z q u i e r d a m u e s t r a lia conexión de un instrumento de bobina móvil como a m p e r í m e t r o c o n s h u n t e x t e r i o r , y la d e la d e r e c h a la c o n e x i ó n c o m o v o l t í m e t r o c o n r e s i s t e n c i a j e n serie exterior.

Instrumentos de bobina móvil.

17

3. Amperímetros y voltímetros de bobina móvil para corriente continua. a) Construcción y propiedades del sistema de medida. El sistema ile medida de bobina móvil consiste en esencia en una bobina giratoria a t r a v e s a d a por la corriente a medir m o n t a d a de modo que pueda girar en el campo de un imán p e r m a n e n t e (Fig. 8). P a r a hacer homogéneo el campo del imán, va éste provisto de dos piezas polares de hierro dulce, t a l a d r a d a s ; en estas t a l a d r a s se coloca un núcleo cilindrico de hierro dulce, de modo que queda un entrehierro de a n c h u r a uniforme, en el cual gira la bobina. L a corriente llega a la bobina por medio de dos muelles en espiral que al mismo tiempo sirven de fuerza mecánica a n t a g o n i s t a al sistema de medida. El amortiguamiento necesario p a r a obtener u n a indicación segura de la a g u j a se logra en los instrumentos de servicio d e v a n a n d o el hilo de la bobina sobre un bastidor de aluminio. Al moverse éste en un campo magnético se inducen corrientes de Foucault en su interior que ejercen una f u e r z a de freno contraria a la que produce el giro. Las propiedades características de este sistema de medida se deducen sin más de su construcción. El par de torsión de la bobina y, por tanto, la desviación de la a g u j a son directamente proporcionales a la intensidad de la corriente, porque el campo magnético, en el que se mueve la bobina, es p r á c t i c a m e n t e homogéneo. Los instrumentos tienen, por consiguiente, una escala con divisiones absolutamente iguales a p a r t i r del cero (Fig. 16). A consecuencia de la polarización fija del imán p e r m a n e n t e el órgano de medida gira en un sentido determinado p a r a c a d a dirección de la corriente. El órgano de medida no puede ser utilizado más que p a r a corriente continua. Si h a y que utilizar el mismo instrumento p a r a medir corrientes de distintos sentidos sin comutación del circuito se puede colocar el cero de la escala en el centro. La desviación de la a g u j a d a entonces, a d e m á s de la m a g n i t u d de la intensidad a medir, el sentido de la corriente. Los campos magnéticos de dispersión no tienen p r á c t i c a m e n t e n i n g u n a influencia sobre el sistema de medida, porque el camino de las líneas de fuerza magnéticas es casi en absoluto cerrado en hierro.

variarse

la l o n g i t u d ile l o s

conductores.

•-rUUUUlr-

12.

.

• a r u i r u i j - .

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&

F a l s a c o n e x i ó n del instrum e n t o de m e d i d a .

F i " ' . !•'!.

Falsa

c o n e x i ó n del

shunt.

•TíUUUlr •TJUUUlr

- m n r u i r p n j u u u i r

^ — •

14. C o l o c a c i ó n b u e n a dumt con varias bornas conexión.

de de

un

F i f í . 15. F a l s a c o l o c a c i ó n de shunt con varias bornas de conexión.

un

Instrumentos de bobina móvil.

1!)

b) Instrumentos para medidas de servicio. Los instrumentos p a r a medidas de servicio se construyen de dos clases: de cuadro y portátiles. La exactitud corresponde p a r a estas dos clases constructivas a la clase G. Los distintos campos de medida en los amperímetros se consiguen conectando shunts en paralelo con la bobina móvil. P a r a hacer el instrumento independiente de las oscilaciones de t e m p e r a t u r a se conecta antes de la bobina una pequeña resistencia de manganina, cuyo valor es doble que el de la bobina giratoria. Los shunts en los instrumentos de cuadro hasta 50 A y hasta 200 A en los instrumentos transportables se instalan dentro del a p a r a t o ; para mayores intensidades se utilizan shunts exteriores, que deben unirse a los a p a r a t o s por medio de conductores de medida de determinada resistencia. Los instrumentos están compensados de tal modo que al hacer la a g u j a la desviación completa, se produzca una caída de tensión de 60 milivoltios en los extremos libres de los conductores de medida conectados al aparato. Conforme a esto, los shunts exteriores están también compensados p a r a una caída de tensión nominal de 60 milivoltios y son, por consiguiente, intercambiables. La fig. 11 muestra la conexión exterior de un instrumento de esta clase. Debe observarse que la longitud de los conductores de medida tiene que ser constante en todo caso; de otro modo no sería exacto el contraste del aparato. Las figuras 12 y 13 muestran unos errores de conexión característicos. En las figuras 14 y 15 está representado el modo de conectar un shunt con varias bornas de conexión y al lado, la conexión falsa cometida con más frecuencia. Con los instrumentos de servicio transportables suelen emplearse frecuentemente shunts múltiples p a r a varias intensidades nominales (véase la figura 17). En esta conexión los distintos shunts p a r a todas las intensidades nominales están colocados en serie. En los extremos libres de la conexión en serie se conecta el instrumento de medida, mientras que los distintos puntos de unión p a r a el circuito principal se eligen según la intensidad nominal. El funcionamiento de esta disposición puede verse fácilmente en el esquema. P a r a las pequeñas intensidades nominales hasta 10A se conecta el circuito principal a las bornas G y 10A; todos los shunts están en esta conexión en serie con el circuito prin3

Fifí. 1(>. A m p e r í m e t r o (le s e r v i c i o t r a n s p o r t a b l e . con sistema de medida de bobina móvil. La Íiiínra muestra la ejecución exterior típica de estos i n s t r u m e n t o s .

0 6

í

O200

50

9Q1 0

A

•TJfll^UUlrkjUUU^ fí1

R¿

R

3

—G>Fijí. 17. Conexión interior del anterior amperímetro con shunt múltiple p a r a tres campos de medida montado dentro del a p a r a t o . L a borna O es común p a r a todos los c a m p o s de medida. Así. t a m b i é n p a r a los c a m p o s de medida inferiores, las r e s i s t e n c i a s de los c a m p o s de medida superiores q u e d a n c o n e c t a d a s en el c i r c u i t o principal.

Instrumentos de bobina móvil.

21

cipal. La caída de tensión de 60 milivoltios que el instrumento necesita se presenta- entre los extremos de las resistencias en serie Rí + R., + R:i, es decir en las b o m a s G y 10 A. P a r a las intensidades nominales medias de 50 A el circuito principal se conecta a las bornas G y 50 A. En este caso sólo están en paralelo las resistencias R¡ + Rn, mientras que la Rt está conectada al instrumento como resistencia en serie. Las resistencias fí¡ + R„ deben estar calculadas de tal modo que su caída de tensión sea mayor a 60 milivoltios en una cantidad igual a la caída de tensión en la resistencia R:¡, para de este modo conseguir que al instrumento lleguen los 60 milivoltios que se necesita para dar la desviación completa. La caída de tensión en la resistencia R3 es muy pequeña, pues es debida solamente a la corriente extraordinariamente pequeña que pasa por el instrumento. Según esto, la caída de tensión total que se presenta cuando se mide entre !as bornas G y 50 A es muy poco mayor de 60 milivoltios. P a r a medidas de las intensidades nominales grandes hasta 200 A el circuito principal se conecta a las bornas G y 200 A: entonces sólo actúa en este circuito la resistencia Rt estando las R,, + R3 en serie con el instrumento. La caída de tensión en fí, debe elegirse tanto mayor de 60 milivoltios cuanto sea necesario p a r a compensar la caída de tensión en las resistencias R2 + R3 por las que fluye sólo la corriente débil del instrumento; pero, también en este caso, la caída de tensión que se tiene entre las bornas G y 200 A es en muy poco superior a 60 milivoltios. De todo lo anterior se deduce que los shunts múltiples deben calcularse solamente un poco mayores que los shunts sencillos p a r a la misma intensidad nominal. En los voltímetros se utilizan resistencias conectadas en serie con la bobina móvil. Estas van m o n t a d a s en el instrumento p a r a tensiones de 600 voltios. El consumo de corriente sube en los voltímetros normales con cero a un lado a unos 0,01 A p a r a la desviación completa de la a g u j a , lo cual corresponde a una resistencia interior de unos 100 ohmios por voltio. c) Instrumentos del tipo Z. P a r a llenar las necesidades de un instrumento de medida pequeño y manejable, que la técnica de la transmisión de señales eléctricas dejaba sentir, se construye un pequeño tipo especial, de una exactitud media, introducido en el mercade con el nombre de Tipo Z. Los 8*

Fifí'. 18. I n s t r u m e n t o s de lioliina móvil ilol tipo Z. ( o m b i n a c i ó n p a r a técnicos de c o m u n i c a c i o n e s y f e r r o c a r r i l e s . La m a l e t a c o n t i e n e un a m p e r í m e t r o y un v o l t í m e t r o con t r e s c a m p o s de mee lie la c a d a a p a r a t o .

F i g . 19. Maleta p a r a m e d i d a s d e c o r r i e n t e c o n t i n u a con i n s t r u m e n t o s del tipo Z, p a r a l a b o r a t o r i o y v i a j e . L a m a l e t a c o n t i e n e sólo u n i n s t r u m e n t o , ([lie p u e d e u t i l i z a r s e i n d i f e r e n t e m e n t e con resist e n c i a s en serie o s h u n t s .

Instrumentos de bobina móvil.

23

instrumentos tienen un sistema de medida de bobina móvil y una escala con espejo de reflexión para aumentar la exactitud en la lectura. La exactitud del instrumento alcanza aproximadamente al 1 % del valor final de la escala y está comprendida, por lo tanto, entre las clases F y G. La fig. 18 muestra una combinación de estos instrumentos muy útil para la técnica de comunicaciones y ferrocarriles. La maleta contiene un voltímetro y un amperímetro. Ambos instrumentos se construyen con tres campos de medida; el amperímetro p a r a 0,03; 0.3 y 3 o bien 0.1: 1 y 10 A y el voltímetro para 3: 15; 150 ó 3: 30; 300 V. La fig. 19 muestra una maleta p a r a medidas de corriente continua, proyectada para su uso en el laboratorio y durante el viaje. Contiene un voltímetro y un amperímetro p a r a 10 miliamperios y 45 milivoltios y las correspondientes resistencias y shunts p a r a tensiones hasta 300 V e intensidades hasta 300 A. La resistencia p a r a conectar en serie y el más pequeño de los shunts van en una c a j a igual a la de los instrumentos y tienen un conmutador de manivela p a r a la elección del campo de medida deseado. d) Instrumentos de precisión. El instrumento de precisión moderno p a r a corriente continua es el de diez ohmios. Se distingue de los otros instrumentos especialmente por su compensación de temperatura, por la cual sus indicaciones son independientes de la duración de inserción y de la t e m p e r a t u r a exterior. Además, responde a las mayores exigencias en cuanto a su exactitud, es decir, es de la clase E. El sistema de medida del instrumento de diez ohmios se distingue del de los instrumentos de servicio en esencia por su forma y por la disposición de la bobina. Mientras que en éstos la bobina móvil tiene una forma aproximadamente cuadrada y está devanada sobre un bastidor de aluminio, en los instrumentos de diez ohmios es estrecha y sin bastidor. Debido a la estrecha forma de la bobina se consigue una utilización máxima posible del hilo que la forma alcanzándose junto a una gran sensibilidad un consumo propio ínfimo del instrumento. El amortiguamiento de la desviación de la a g u j a , que en los instrumentos de servicio se consigue con el bastidor de aluminio de la bobina móvil, se logra en los instrumentos

1'iir. 2(1.

i s t e x t e r i o r ile u n i n s t r u m e n t o ohmio*.

de

diez

Fifí', 21. C o n e x i ó n a r t i f i c i a l p a r a c o m p e n s a r la i n f l u e n c i a d e la t e m p e r a t u r a en m e d i d a s d e i n t e n s i d a d . L a c o n e x i ó n a r t i f i c i a l h a c e q u e la i n t e n s i d a d y la r e s i s t e n c i a t o t a l e s del i n s t r u m e n t o v a r í e n en p e q u e ñ a s p r o p o r c i o n e s c o n la t e m p e r a t u r a en el c a m p o d e m e d i d a d e 45 m i l i v o l t i o s .

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i í U T M ' — Mang Fifi'. 22. C o n e x i ó n i n t e r i o r c o m p l e t a del i n s t r u m e n t o de diez ohmios p a r a m e d i d a s de tensión e intensidad.

Instrumentos de bobina móvil.

25

de diez ohmios por el circuito de compensación de t e m p e r a t u r a , en el cual se compensan las corrientes inducidas al g i r a r la bobina móvil. La fíg. 21 indica la conexión de compensación que sirve p a r a c o n t r a r r e s t a r la influencia de la t e m p e r a t u r a . Lo esencial de ella es que en paralelo a la rama de cobre y de manganilla f o r m a d a por la bobina móvil está conectada u n a resistencia de cobre, elegida de modo que el coeficiente de t e m p e r a t u r a de la rama de la bobina móvil, sea menor que el de la rama en paralelo que contiene la resistencia H 3 . El funcionamiento de la conexión es el siguiente: Al elevarse la t e m p e r a t u r a , la resistencia de cobre Rs a u m e n t a más r á p i d a m e n t e , debido a su elevado coeficiente de t e m p e r a t u r a , que la de la r a m a de la bobina móvil f o r m a d a por las resistencias de cobre y manganilla R1 + R.,. Si los puntos A y B están comunicados a u n a tensión constante, la corriente total que fluye por el circuito será más p e q u e ñ a al elevarse la t e m p e r a t u r a , debido al aumento de la resistencia total, no siendo la disminución de la intensidad que circula por la r a m a de la bobina tan g r a n d e como en la resistencia de compensación R3 . P a r a conseguir que 110 h a y a en absoluto disminución de intensidad en la bobina es necesario que la tensión en los puntos A y B aumente a medida que crece la t e m p e r a t u r a . Esto se logra sencillamente insertando en serie u n a resistencia de manganina R r Si a h o r a suponemos una tensión constante en las b o m a s del instrumento, la intensidad total del circuito disminuirá también en este caso cuando aumente la t e m p e r a t u r a , pero al disminuir esa intensidad será menor la caida de tensión en la resistencia R4 , disponiéndose de u n a m a y o r tensión parcial entre los p u n t o s A y B. L a resistencia Rt se calcula de tal modo que al subir la t e m p e r a t u r a la tensión p a r c i a l crezca del mismo valor que la resistencia de la rama de la bobina R1 + R.¿ . Entonces la intensidad en la bobina móvil es la misma p a r a todas las t e m p e r a t u r a s , lo que quiere decir que la desviación de la a g u j a no estará influida por ellas. Sin embargo, la intensidad en la resistencia de cobre R 3 disminuirá debido a su coeficiente de t e m p e r a t u r a , a pesar de a u m e n t a r la tensión AB al subir la t e m p e r a t u r a . Esto no significa otra cosa que la intensidad y resistencia totales de un instrumento conectado de este modo deben

Fij:'. 'J:í. Vista e x t e r i o r del inst r u m e n t ó p a r a c o r r i e n t e c o n t i n u a , c o n m u t a b l e p a r a nieiliilas de tensión e intensidad sucesivas.

Fifí. - 4 . ( ' o n e x i ó n i n t e r i o r del i n s t n i n i e n t o de la p a r t o s u p e r i o r . L o s c a m p o s de m e d i d a de tensión se eliden con las c l a v i j a s de la i z q u i e r d a . C o n m u t a n d o la c l a v i j a d e la d e r e c h a se p u e d e p a s a r , sin v a r i a r la c o n e x i ó n e x t e r i o r , d e u n a m e d i d a de i n t e n s i d a d a u n a de t e n s i ó n .

Instrumentos de bobina móvil.

27

variar con la temperatura dentro de pequeños límites. La variación de resistencia alcanza a un 0,15 % por 1 centígrado para el campo de medida de 45 milivoltios. Si el instrumento de diez ohmios se utiliza para medidas de tensión unido a resistencias exteriores en serie, no pueden conectarse éstas a la borna de 45 milivoltios, según lo anteriormente dicho, porque faltarían entonces las variaciones de la intensidad total necesarias para conseguir la compensación de la temperatura. Para poder utilizar el instrumento como voltímetro se varía su conexión interior de tal modo que las desviaciones de la a g u j a sean independientes de la temperatura a intensidad total constante. Esto se consigue haciendo una derivación en un punto tal de la resistencia de manganina H2 que los coeficientes de temperatura de las dos ramas R1 + R'2 y R^ + R"2 que por ésto se forman, sean iguales (véase fig. 22). Entonces la distribución de la corriente en las dos ramas en paralelo es la misma para todas las temperaturas, y el coeficiente de temperatura del instrumento está determinado únicamente por la relación cobre - manganina. De aquí se deduce que puede hacerse desaparecer prácticamente el coeficiente de temperatura del instrumento conectando en serie una resistencia de manganina R.u, lo que se consigue ya en un campo de medida de 3 V, por cuyo motivo pueden aumentarse los campos de medida de tensión intercalando delante de la borna de 3 V otras resistencias de manganina. El instrumento de diez ohmios destinado a medidas de tensión e intensidad tiene, por lo tanto, un campo de medida de 3 V para medidas de tensión, además del campo de 45 milivoltios, que con shunts exteriores se utiliza para medidas de intensidad. La resistencia del instrumento es para el campo de medida de 45 milivoltios de unos 10 ohmios, y el consumo es, por consiguiente, para una desviación total de la aguja, de unos 4,5 miliamperios. En el campo de medida de 3 V se alcanza la posición extrema de la aguja para 3 miliamperios debido a la variación de la conexión interior, por lo que la resistencia del instrumento para este campo de medida es exactamente de 1000 ohmios. Las figs. 20 y 22 muestran el aspecto exterior del instrumento y su conexión interior. Además de los instrumentos de diez ohmios sencillos se construyen

Instrumentos de bobina móvil.

29

instrumentos conmutables. Especialmente importante es el instrumento reproducido en la pág. 26, p a r a medidas sucesivas de tensión e intensidad. La fig. 24 muestra su conexión interior. La conmutación p a r a medidas de intensidad a las de tensión se logra introduciendo una clavija en el orificio correspondiente a cada medida. Además el a p a r a t o lleva otra clavija p a r a poder elegir el campo de medida de tensión que se quiera. Este instrumento no lleva campos de medida de intensidad; p a r a ésto se utilizan los shunts exteriores corrientes del instrumento de diez ohmios sencillo. La íig. 25 muestra la conexió:i exterior del instrumento, el cual se une a la red, como se ve, por medio de tres hilos. La borna de la izquierda del instrumento debe estar siempre unida al polo negativo de la red, debido a la polarización del instrumento. Como el paso de la medida de la intensidad a la de tensión se lleva a cabo sencillamente cambiando de orificio la clavija de la derecha, pueden efectuarse las dos medidas inmediatamente una después de la otra, obteniéndose así los valores correspondientes de la intensidad y de la tensión. Por consiguiente, el instrumento sustituye completamente en la practica- a los dos instrumentos que ordinariamente se necesitan para hacer medidas de potencia.

4. Voltímetros y amperímetros de hierro móvil para corriente continua y alterna. a) Construcción y propiedades del sistema de medida. El sistema de medida de los instrumentos de hierro móvil consta esencialmente de un trocito de hierro sostenido en cojinetes p a r a que pueda girar y de una bobina de campo por la que circula la corriente cuya intensidad quiere medirse. Por el efecto de la corriente que pasa por la bobina de campo, es atraído hacia adentro el trocito de hierro, colocado excéntricamente con relación al eje de la a g u j a , produciéndose de este modo el movimiento de giro de la a g u j a . Como fuerza antagonista del momento de giro producido por el sistema de medida se emplea un pequeño contrapeso o un resorte en espiral. El amortiguamiento necesario p a r a conseguir la fijación lenta de la a g u j a se logra por un sistema amortiguador de aire. La distribución de la escala puede fijarse a voluntad, porque la magnitud de

Fi{;'. 27. S i s t e m a de m e d i d a de h i e r r o móvil la c á m a r a d e a m o r t i g u a m i e n t o a b i e r t a .

con

Instrumentos de bobina móvil.

31

la fuerza ejercida sobre el trocito de hierro depende, de la intensidad de la corriente en la bobina de excitación, de la forma y posición de aquél. En los instrumentos normales la graduación de la escala comienza en un quinto del campo de medida. Las divisiones al principio de la escala separadas, van juntándose hacia el final de la misma, con lo cual se logra una exactitud procentual próximamente igual en toda la extensión de la escala. Las propiedades características del sistema de medida son las siguientes: Siendo la dirección de la fuerza ejercida por el sistema de medida independiente del sentido de la corriente, los instrumentos de hierro móvil pueden emplearse indistintamente para corriente continua y alterna. La diferencia en las indicaciones (leí instrumento para las dos clases de corriente es tan pequeña, que prácticamente pueden despreciarse. En corriente alterna los instrumentos son utilizables para frecuencias comprendidas entre 15 y 100 períodos y cualquier forma de curva. Debido a la casi total desaparición de los efectos de histéresis se consigue en estos instrumentos, cuando miden corriente continua, una buena concordancia en las indicaciones obtenidas al hacer la medidas con intensidad, creciente y decreciente. El sistema de medida de hierro móvil se distingue de los demás sistemas especialmente por su sólida construcción y su insensibilidad a sobrecargas. El pequeño peso del órgano de medida lo protege contra el desgaste de los cojinetes y puntas del eje durante el transporte y sacudidas intensas. b) Instrumento para medidas en explotación. Los instrumentos de hierro móvil se construyen solamente como instrumentos de servicio en las dos formas de instrumentos de cuadro y transportables. Su exactitud corresponde en general a la clase G. Los distintos campos de medida en los amperímetros de hierro móvil se logran construyendo el arrollamiento de la bobina de campo en relación a la intensidad a medir, y estando fijado el número de amperioespiras, resulta que en los instrumentos para pequeñas intensidades el sistema de medida tiene un arrollamiento de un gran número de espiras de hilo delgado, mientras que en los instrumentos para intensidades grandes el arrollamiento consta de un menor número de espiras de un alambre proporcionalmente más grueso. El consumo propio de los instrumentos es para todos los campos de medida de

32

¿ooA

SO A

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O

TO-

ff

r

Vwwv íwwv r,

r

3

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Fig. 28. Conexión intorior do un a m p e r í m e t r o d e h i e r r o móvil, con a r r o l l a m i e n t o d e la b o b i n a de c a m p o s u b d i v i d i d o . con ¡secciones d e d i s t i n t o diámetro.

15 o

o

SO o

r.

Fifi'. 2í). Conexión interior d e un a m p e r í m e t r o de h i e r r o móvil, con c o n m u t a d o r d e c a m p o s de m e d i d a y c o m u t a c i ó n sin i n t e r r u p c i ó n d e la corriente.

150 y o

r r, Ri \J\]\]Yü^nnr^AAr1

1e R

Cu F i g . 30. C o n e x i ó n i n t e r i o r de u n v o l t í m e t r o d e h i e r r o móvil con s u b d i v i s i o n e s en la r e s i s t e n c i a en serie.

Fifi'. 31. C o n e x i ó n i n t e r i o r d e u n v o l t í m e t r o de h i e r r o móvil con conm u t a d o r de c a m p o s d e m e d i d a .

Instrumentos de bobina móvil.

33

1,5 a 2 vatios. De aquí se deduce que la caída de tensión en los campos de medida bajos es mayor que en los campos de medida altos. En los amperímetros con dos campos de medida conmutables se obtienen éstos conectando en serie y en paralelo dos grupos de espiras de igual valor eléctricamente consideradas, como indica la fig. 29. La división de la escala es la misma para los dos campos de medida, porque la distribución del campo al conmutar no varía. El paso de un campo de medida a otro se logra sencillamente invirtiendo el conmutador aislado colocado entre las dos bornas del instrumento. La conmutación puede también hacerse durante la medida, pues no hay interrupción de la corriente. Los amperímetros conmutables se fabrican para intensidades hasta de 40 A. Para mayores intensidades se construye otro instrumento con tres campos de medida hasta 200 A. El escalonamiento de los campos de medida se consigue en estos instrumentos por medio de un arrollamiento subdividido, con secciones de distinto diámetro (Fig. 28). A consecuencia de la desigualdad en la distribución del campo en las distintas secciones del arrollamiento se tiene para los tres campos de médida tres escalas diferentes. Asimismo se dan valores diferentes en los voltímetros a las bobinas de excitación, en relación a los distintos alcances de medida. Los voltímetros para bajos campos de medida tienen un número pequeño de espiras de hilo grueso, y los voltímetros para altos campos tienen un gran número de espiras de hilo fino. El consumo propio de las bobinas de excitación es, como en los amperímetros, igual para todos los campos de medida: 1,2 vatios aproximadamente. P a r a hacer que el coeficiente de temperatura del instrumento sea suficientemente pequeño y constante se conectan resistencias de manganina en serie delante de la bobina de excitación. La relación cobre-manganina oscila entre 1 a 5 y 1 a 8. En los instrumentos con distintos campos de medida se subdivide la resistencia en serie, sacando derivaciones a bornas especiales (Fig. 30). Esta conducción ofrece la ventaja de la baratura, pero no hay que perder de vista, que los campos de medida pequeños son más desventajosos en lo referente a su exactitud que los grandes, por cuanto la proporción de cobre-manganina y, con ella, el coeficiente de temperatura del instrumento, resulta tanto más des-

34

I n s t r u m e n t o s d e b o b i n a móvil.

favorable cuanto menor sea el campo de medida derivado. Si se desea para los alcances de medida pequeños aproximadamente la misma exactitud que para los grandes, deberán emplearse voltímetros commutables (Fig. 31), en los que la bobina de excitación consta de dos grupos de arrollamientos y F2, iguales eléctricamente, a los que se añaden dos résistencias en serie Tt1 y R2. pudiendo conectarse ambos grupos de distintos modos por medio de un conmutador. En la posición primera del conmutador los dos grupos Ft + R1 y F„ + R„ están conectados en paralelo, en la segunda posición en serie. En la tercera posición siguen los grupos conectados en serie, añadiéndose umicamente otra resistencia en serie R3. Si en lo referente a las resistencias se cumplen las condiciones: Ft + R1 - F2 + R2 R3 = Ft + R, + F2 + R„ se obtienen para las tres posiciones del conmutador tres campos de medida, que están entre sí en la relación 1 : 2 : 4 . Los coeficientes de temperatura son favorables para los tres campos de medida. Los dos campos pequeños tienen el mismo coeficiente de temperatura puesto que la relación cobre-manganina es igual en ambos. P a r a el campo de medida más grande el coeficiente de temperatura es algo mejor a consecuencia de la inserción de la resistencia de manganina. Con la conmutación se logra además, que el consumo de corriente para los dos campos de medida superiores sea solamente la mitad del del campo de medida inferior. La escala es la misma para los tres campos de medida, pues la distribución del campo no varía por la conmutación y aquéllas son directamente proporcionales. El paso de un campo de medida a otro es posible durante la medida colocando el conmutador aislado en los contactos correspondientes al campo de medida deseado. Además de los instrumentos anteriormente descritos se construye actualmente un nuevo tipo, el Z, con sistema de medida de hierro móvil. El sistema de medida de este instrumento está construido según el sistema de bobina circular. En ésta están dispuestos un trocito de hierro fijo y otro móvil que se magnetizan en el mismo sentido, por cuyo motivo se repelen. Los amperímetros del tipo Z están ideados como accesorio de los vatímetros del tipo Z descritos en la pág. 112 y por lo tanto calculados solamente para una

Instrumentos

electrodinámicos.

35

intensidad de 5 A. El voltímetro tiene un campo de medida de 130 voltios, que puede elevarse a 400 con una resistencia exterior en serie. L a exactitud de estos instrumentos es del 1 % del valor final de la escala, estando comprendida por lo t a n t o entre las clases F y G. La construcción exterior de los instrumentos corresponde a las figuras 18 y 19 de la pág. 22.

5. Amperímetros y voltímetros electrodinámicos para corriente alterna. a) Construcción y propiedades del sistema de medida. El sistema de medida electrodinámico se f u n d a en el efecto de f u e r z a mecánica que ejercen entre sí dos bobinas a t r a v e s a d a s por una corriente. Una de éstas, la bobina de excitación, está fija, y la otra se coloca sobre cojinetes dentro del campo magnético de la bobina fija. El sistema de medida está montada, sin emplear el hierro, y las líneas de fuerza p r o d u c i d a s por las bobinas efectúan su recorrido por el aire exclusivamente. L a corriente fluye a la bobina giratoria por dos resortes en espiral que al mismo tiempo proveen la fuerza antag o n i s t a mecánica. Los movimientos de la bobina giratoria se amort i g u a n por un a m o r t i g u a d o r de aire, de modo que la a g u j a se coloca casi a p e r i ó d i c a m e n t e en el valor de la desviación. La fig. 33 muestra la construcción total del sistema de medida. Las propiedades características de este sistema de medida son las siguientes: La m a g n i t u d de la fuerza mecánica ejercida por la bobina móvil es proporcional al producto de las corrientes en las bobinas de excitación y móvil. La fuerza producida, y con ella el par son pequeños, debido a que los campos correspondientes a las corrientes mencionadas son relativamente débiles. P a r a poder obtener una segura indicación de la a g u j a , a p e s a r del pequeño par, se construyen los instrumentos de medida electrodinámicos sin hierro, solamente con el eje en posición vertical. P o r consiguiente, con esta clase de sistema de medida no pueden construirse instrumentos de cuadro. El sentido de la fuerza e j e r c i d a por el sentido de la desviación de la a g u j a , mismo tiempo el sentido de la corriente móvil. Las p a r t e s metálicas empleadas

el no en en

órgano de medida, es decir, v a r í a cuando se cambia al las bobinas de excitación y la construcción del sistema 4

Fifí. .Si'.

Vista

e x t e r i o r d e un a m p e r í m e t r o tipo laboratorio.

Fifi'. ;¡Ü.

S i s t e m a de m e d i d a e l e c t r o d i n á m i c o h i e r r o , del tipo l a b o r a t o r i o .

del

sin

Instrumentos

electrodinámicos.

37

de medida están dispuestas de tal modo que no pueden en ellas originarse corrientes de Foucault. Las indicaciones del instrumentos son, por consiguiente, las mismas para corriente continua que para alterna, de donde se deduce la ventaja de estos instrumentos de poder ser contrastados con corriente continua para emplearse después con corriente alterna. A causa de la debilidad de los campos magnéticos que actúan sobre el sistema de medida, los campos extraños pueden tener fácilmente influencia sobre las indicaciones del instrumento. Las influencias que el campo terrestre u otros campos magnéticos enderzados puedan ejercer en el instrumento durante su contraste con corriente continua, se pueden evitar invirtiendo la corriente en las dos bobinas al mismo tiempo y tomando el valor medio de las dos series de lecturas así obtenidas. Los instrumentos electrodinámicos no se emplean para medidas de corriente continua de servicio, porque la conmutación de la corriente ofrece dificultades y puede dar lugar a inexactitudes, cosa que no ocurre cuando se hacen las medidas en un laboratorio. Los efectos del campo magnético terrestre y de otros campos enderzados se anulan cuando se trata de medidas en corriente alterna, no siendo en este caso necesaria la inversión de la corriente. Como fuente de perturbaciones sólo hay que considerar en estos casos los campos alternos extraños de igual frecuencia. Y estos son en la mayoría de los casos más débiles y su efecto puede evitarse colocando el instrumento convenientemente y eligiendo una conexión apropiada. Las indicaciones del sistema de medida son independientes de la frecuencia dentro de amplios límites. Los instrumentos pueden utilizarse sin cuidado para frecuencias comprendidas entre 5 y 80 períodos por segundo. La forma de la curva tampoco influye en las indicaciones del instrumento. Para evitar las perturbaciones que sobre el instrumento puedan ejercer las cargas electrostáticas, se equipan los instrumentos del tipo laboratorio (párrafo b) destinados a medidas de alta tensión, con un dispositivo especial, que consiste esencialmente en unir directamente todas las partes metálicas interiores del instrumento al mismo potencial. P a r a conseguir esto se cierra el sistema de medida con una armadura de hoja de estaño pegada a la c a j a del instrumento,

38

Fifí. :¡4. Conexión interior de un amperímetro electrodinámico del tipo de ¡sala de pruebas, l'ara hacer independiente de la temperatura la distribución de la corriente en las bobinas de excitación F y móvil I) se conecta en serie con cada una de ellas una resistencia de manganilla.

Fig. 35. ('onexión interior de un amperímetro electrodinániieo del tipo laboratorio. La bobina de excitación está en estos instrumentos dividida en dos partes iguales l'\ y F.2 , que pueden conectarse en serie o en paralelo, según el campo de medida que se desee obtener.

39

Instrumentos electrodinámicos. quedando, por consiguiente, protegido contra los efectos

eléctricos

que pudieran ejercer los conductores exteriores. b) Instrumentos de precisión. Los instrumentos electrodinámicos de precisión se construyen de dos tipos: de laboratorio y de sala de pruebas.

Ambos tipos son

iguales en cuanto a exactitud; corresponden a la clase E .

El tipo

segundo está destinado a medidas indirectas, es decir para la conexión a transformadores de medida.

Se construye,

por

tanto, solamente

con los campos de medida correspondientes a la tensión e intensidad secundarias de los transformadores de medida.

El tipo laboratorio

está considerado

provisto

para medidas directas,

y

va

de

varios

campos de medida para poder efectuar el mayor número de medidas posible. La conexión interior del amperímetro electrodinámico está caracterizada porque la bobina de excitación es atravesada por la corriente principal a medir, mientras que en la bobina móvil, que está en paralelo con aquélla sólo circula una parte de la corriente.

L a fig. 34 muestra

la conexión interior de un amperímetro del tipo para salas de prueba. Para hacer independiente de la temperatura del carrete la distribución de la corriente en las dos ramas conectadas en paralelo, se intercala antes de la bobina de excitación una resistencia de manganina de la bobina móvil otra Rs.

y antes

Los coeficientes de temperatura de las dos

ramas se rebajan tanto por las dos resistencias, que las diferencias de temperatura que se presentan entre ambas no occasionan errores perceptibles. L a fig. 35 muestra la conexión interior de un amperímetro del

tipo

laboratorio.

En

estos

instrumentos

se

consiguen

dos

campos de medida, dividiendo la bobina de excitación en dos campos

F 1 y F 2 , que pueden conectarse en serie o en paralelo por medio de un conmutador de clavija o de brida.

También en este caso hay

delante de cada bobina resistencias de manganina, para hacer independiente de la temperatura la distribución de la corriente. móvil con las resistencias en serie R3 y Rt rama F 1 + R

r

P a r a hacer que

la

rama

L a bobina

está unida en paralelo a la

F 2 + R2

tenga

la

misma

resistencia se le han colocado en paralelo las resistencias suplementarias /i5 y R0.

Los grupos conmutables de ambas bobinas de campo son, por

consiguiente, exactamente iguales eléctricamente considerados y pueden conmutarse indiferentemente.

Metiendo la clavija en 2 se conectan en

40

O Í 3 Q V

Mong.

F i f í , 'i''-

C o n e x i ó n interior de un v o l t í m e t r o del tipo de sala de p r u e b a s .

Fifí1. 37.

Fi^. 38.

electrodinámico

Campo de medida pequeño.

Campo de medida

grande.

F i g s . 37 y 38. Conexión interior de un voltímetro electrodinámico del tipo laboratorio, con tres c a m p o s de medida. L a c o n e x i ó n en el campo de m e d i d a intermedio es igual •i la del g r a n d e , pero d e s a p a r e c e n las resistencias ü 3 y B 4 .

Medidas

indirectas.

41

serie los (los grupos y el instrumento da el campo de medida más pequeño; metiendo las clavijas en 1 y 3 se tienen los dos grupos en paralelo y el campo de medida es doble que en el caso anterior. En los voltímetros las bobinas de excitación y móvil están en serie. La fig. 36 muestra el esquema de conexiones interiores de un voltímetro del tipo de sala de pruebas. Delante de las bobinas D y F hay una resistencia de manganilla R que rebaja hasta un valor admisible el coeficiente de temperatura del instrumento. De una manera semejante a los amperímetros se construyen los voltímetros con tres campos de medida dividiendo la bobina de excitación en dos partes, que pueden conmutarse en paralelo para el campo de medida más pequeño y en serie para los campos de medida superiores. Las figs. 37 y 38 muestran la conexión interior de un voltímetro del tipo laboratorio. La bobina de excitación 1\ está en serie con la bobina móvil O y la resistencia de manganilla Rlt y la bobina de excitación 1o a i s l a d o r , por el cual se p a s a el cond u c t o r de la red.

F i g s . 7 3 y 74. V i s t a e x t e r i o r del t r a n s f o r m a d o r de b a r r a t r a n s p o r t a b l e . A la izquierda tipo p e q u e ñ o p a r a i n t e n s i d a d e s h a s t a de 1500 A. y a la d e r e c h a tipo g r a n d e p a r a i n t e n s i d a d e s h a s t a de 3000 A.

Transformadores de intensidad.

07

potencial de la línea de alta tensión, construyéndose por lo tanto, como lo indica la fig. 69, como instrumento de alta tensión, con c a j a de bordes redondeados.

Para

evitar

en

caso de grandes cortocircuitos

una avería en el instrumento, se ha dado al núcleo en anillo del transformador de barra unas dimensiones tales que la intensidad secundaria no crece ni en mucho en las mismas proporciones que la primaria, cuando ésta aumenta en un valor múltiple de la intensidad nominal. Las

sobrecargas

transmiten

que

se

amortiguadas

presentan

en

al instrumento

por consiguiente, sufrir el aparato daño

el

conductor

de

primario

medida, 110

alguno.

Como

se

pudiendo, conductor

primario se utiliza el hilo de la red que se hace pasar por el transformador.

El conductor primario tiene, por consiguiente, el mismo

diámetro que toda la línea, quedando, por lo tanto, descartado el peligro de poder llegar a quemarse.

E l instrumento se construye para inten-

sidades nominales de 20; 30; 50; 70; 100;

150; 200; 300; 400;

500

y 600 A y tiene una escala prolongada hasta el doblo de la intensidad nominal. Actualmente se construyen también transformadores de barra conmutables para varias intensidades nominales.

L a exactitud de estos

transformadores

distintas

de

medida

varía

para

las

intensidades

nominales, porque la conmutación sólo puede verificarse por derivaciones efectuadas en el arrollamiento secundario. E l tipo pequeño

de estos transformadores

es conmutable

intensidades nominales de 500; 750; 1000 y 1500 A. con el conductor primario rectilíneo incluido.

para

Se entrega

ya

L a fig. 71 muestra la

conexión interior; la fig. 73 su aspecto exterior. La capacidad nominal es de 0,6 ohmios, que corresponde a una carga secundaria de 15 voltamperios.

La exactitud corresponde a la de la clase F para las inten-

sidades de 500 y 750 A, y a la de la clase E para las de 1000 y 1500 A.

Su tensión de prueba es de 44 k V , siendo, por lo tanto,

suficiente el transformador para medidas en redes hasta de 15 k V . El tipo medio es conmutable para intensidades de 1500; y 3000 A.

2000

El conductor primario no se entrega con este transformador

para ahorrar peso.

El transformador lleva únicamente un tubo de

latón recubierto de papel endurecido aislador, por el cual se pasa el conductor

que ha de servir

de arrollamiento

primario.

L a fig. 74 6

68

mm

Fif>-. 75. pequeñas

Vista e x t e r i o r de un t r a n s f o r m a d o r de m e d i d a , de huele, p a r a intensidades. Kn caso de m o n t a r s e d i r e c t a m e n t e en la l í n e a se q u i t a el luiente q u e se v e en la p a r t e de la d e r e c h a .

Fig. 76. C o r t e l o n g i t u d i n a l d e un t r a n s f o r m a d o r d e m e d i d a , d e bucle. L o s d o s n ú c l e o s de h i e r r o C, y C.¿ se colocan s o l a m e n t e a b r a z a n d o u n t u b o , s i r v i e n d o el o t r o (en la p a r t e s u p e r i o r d e la fig.) como a i s l a d o r d e p a s o p a r a el c o n d u c t o r de la c o r r i e n t e d e v u e l t a .

Transformadores de intensidad.

69

muestra el aspecto exterior y la 72 la conexión interior. La resistencia exterior nominal es también p a r a este transformador de 0,6 ohmios correspondiente a una carga secundaria de 15 voltamperios. La exactitud corresponde p a r a todos los campos a la de la clase E. La tensión de prueba es, como en el tipo pequeño, de 44 kV. El tipo grande es conmutable para intensidades nominales de 1000; 2000 y 4000 A. Se entrega como el tipo medio solamente con tubo aislador, y no con el conductor primario. La tensión de prueba del transformador es de 44 kV, su resistencia exterior de 0,6 ohmios que corresponde a una carga de 15 VA. La exactitud corresponde p a r a todos los campos de medida a la de la clase E. c) Transformador de medida, de bucle. El transformador de bucle se deriva del de barra, haciendo pasar varias espiras del arrollamiento primario por el tubo de repelita, con el fin de aumentar el número de amperios-vueltas. El bucle obtenido de esta manera, rebaja, desde luego, algo la seguridad absoluta contra cortocircuitos, en comparación con los transformadores de barra, mas su grado alcanzado es todavía tan grande, que prácticamente es por completo suficiente. La construcción del transformador de bucle se deduce de las figs. 75 y 76. El arrollamiento primario a consta de varias espiras que se forman al hacer pasar el hilo por los tubos de repelita b. Los núcleos de hierro c^ y c 2 con los arrollamientos secundarios d 1 y d 2 que han de servir p a r a la transformación de la intensidad, van colocados sólo a uno de los lados de la bobina, esto es sobre uno de los tubos de repelita, sirviendo el segundo con el otro lado de la bobina solamente como aislador de perforación p a r a el conductor de vuelta. Esta fabricación unilateral hace posible la colocación de un chispómetro de protección contra las ondas de sobretensión que puedan presentarse. E s t a s pasan entonces directamente desde L1 sobre una resistencia auxiliar y a través del tubo metálico del aislador de perforación superior, sin tocar el arrollamiento primario del transformador. Este se construye siempre con cuatro bornas primarias. L x y L 2 son el origen y el fin del arrollamiento primario. E n t r e las bornas Lz y L 4 hay solamente un conductor p a r a la corriente de vuelta. Si se quiere montar el trans6*

Fi--. 77.

M o n t a j e d e t r a n s f o r m a d o r e s ile inoliala s e g u r o s c o n t r a c o r t o c i r c u i t o s en u n a i n s t a l a c i ó n d e 1(1(1 k Y .

Transformadores de intensidad.

71

formailor directamente en la línea, sin hacer retroceder a ésta h a s t a el nivel de la borna de e n t r a d a , se utilizan las b o r n a s L1 y L2. En caso de hacer la conexión unilateral se unen las b o r n a s L2 y L3 por u n a brida, haciendo la unión a las bornas Ll y Lr P a r a la elección de las dimensiones de los núcleos de hierro destinados a los instrumentos de medida o a los relés de sobreintensidad se siguen los mismos razonamientos indicados para los t r a n s f o r m a d o r e s de b a r r a ; es de observar, sin embargo, que pueden ser en general más pequeños porque el número de amperio-espiras primarios puede llevarse fácilmente al valor deseado a u m e n t a n d o las espiras. Los t r a n s f o r m a d o r e s de bucle se construyen p a r a intensidades nominales de 30 a 600 A completando así el campo de medida de los t r a n s f o r m a d o r e s de b a r r a .

d) Transformador de medida de porcelana, de agujero transversal. Los t r a n s f o r m a d o r e s de a g u j e r o transversal sirven de sustituto a los t r a n s f o r m a d o r e s de bucle p a r a tensiones de p r u e b a h a s t a de 100 kV. En estos t r a n s f o r m a d o r e s se utiliza un cuerpo aislador de porcelana en lugar del costoso tubo de repelita, el cual f o r m a al mismo tiempo el aislamiento del primario con relación a tierra y al secundario. L a fig. 77 b r e p r e s e n t a este cuerpo de porcelana provisto de un a g u j e r o transversal, y la disposición de los arrollamientos está indicada en la fig. 77 a, que r e p r e s e n t a u n a sección parcial del t r a n s f o r m a d o r . El arrollamiento primario A p a r t e de la borna superior del t r a n s f o r m a d o r , sigue por las espiras a r r o l l a d a s sobre la pared exterior del a g u j e r o y pasa por último a la b o r n a inferior del primario. El arrollamiento secundario B está colocado en el interior del a g u j e r o y m o n t a d o sobre el brazo central del núcleo de hierro E construido como los del tipo de t r a n s f o r m a d o r e s recubiertos. Por consiguiente, los arrollamientos p r i m a r i o y secundario están colocados concéntricamente sobre el brazo medio del núcleo de hierro y separados entre sí por las p a r e d e s del a g u j e r o de porcelana. Por lo tanto, el t r a n s f o r m a d o r posee la misma rigidez dieléctrica que el cuerpo de porcelana. L a seguridad contra cortorcircuitos se consigue en este t r a n s f o r m a d o r , protegiendo

Transformadores de intensidad.

73

las extremidades del arrollamiento primario, que se sacan de las bornas de conexión. Los pequeños espacios entre las c a p a s de arrollamiento se rellenan con laca aisladora. Además, todos los huecos entre el arrollamiento primario y el cuerpo aislador se rellenan con arena, evitando con ello todas las descargas que se produzcan por los impulsos de corriente. P a r a precaverse contra las d e s c a r g a s sordas que p u e d a n producirse en el interior del t r a n s f o r m a d o r , se ha mezclado la a r e n a con grafito, haciéndola, por lo tanto, conductora, y tiene casi el mismo potencial que el arrollamiento primario. La caída de tensión total se absorbe por completo por la porcelana. P a r a p r o t e g e r el arrollamiento primario de las ondas de fronte rígido se ha colocado en el interior del t r a n s f o r m a d o r un conductor C, que partiendo de la borna inferior del t r a n s f o r m a d o r y rodeando el arrollamiento primario, va, a t r a v é s de una resistencia ü de tubo de silita, a la borna superior. Las ondas pasan, pues, directamente de la borna inferior a la superior, por el tubo de silita. La rigidez térmica del t r a n s f o r m a d o r es la de los tipos normales: „Therm. 80" aprox., que indica el múltiplo de la intensidad primaria nominal que puede s o p o r t a r el t r a n s f o r m a d o r d u r a n t e un segundo. En el caso de que 110 sea suficiente una intensidad secundaria 60 veces mayor que la nominal, pueden construirse t r a n s f o r m a d o r e s p a r a una mayor rigidez térmica. Los t r a n s f o r m a d o r e s con a g u j e r o t r a n s v e r s a l se construyen para intensidades nominales de 5 hasta 800 A y con u n a s tensiones de prueba de 42; 64; 80: 100 kV, de los tipos E y F, y en tres t a m a ñ o s distintos. La potencia secundaria nominal es p a r a los t r a n s f o r m a d o r e s del tipo E, de 15, 30 y 60 VA en los t a m a ñ o s A, B y C respectivamente; p a r a los del tipo F de 30, 90 y 120 VA, en los t a m a ñ o s A, B y C respectivamente. Los tipos m a y o r e s pueden ser completados con un núcleo especial de 3 %, con arrollamiento secundario partido (Clase S). Son a p r o p i a d o s para la conexión de relés.

74

p A W W >

l'iji'. 7N. C o n e x i o n e s i n t e r i o r e s del t r a n s f o r m a d o r d e ( e l i s i ó n t r a n s p o r t a b l e . ]iara t e n s i o n e s h a s t a (ititi V . L o s a r r o l l a m i e n t o s s o n s o l i r e e a r j í a l i l e s en im ¿ 0 " 0 .

Fifí'. 7Í).

V i s t a e x t e r i o r del t r a n s f o r m a d o r tensión anterior.

de

75

4. Transformadores de tensión. a) Generalidades sobre la construcción. Los transformadores de tensión se construyen, sin excepción, como transformadores de núcleo con el arrollamiento en uno o dos brazos. Los núcleos de hierro están construidos, como los de los transformadores de intensidad, absolutamente libres de fugas, con lo cual se consiguen unas cualidades magnéticas magníficas. El arrollamiento secundario calculado para 100 V está en la parte interior, mientras que el arrollamiento destinado a la alta tensión se coloca sobre aquél. Los transformadores de tensión transportables se construyen en su mayoría conmutables p a r a varias tensiones nominales; la conmutación se realiza parte en el primario, y parte en el secundario. L a conmutación en el primario tiene la v e n t a j a de que el hierro del transformador está igualmente saturado para todas las tensiones. El funcionamiento eléctrico del transformador no varia de ningún modo por tener la conmutación en el primario. La conmutación en el circuito secundario ofrece, por el contrario, la v e n t a j a , de poder efectuarse de un modo más sencillo y con menos coste. Mas, entonces, hay que considerar el inconveniente de que la potencia en las tensiones nominales más b a j a s por conmutación en el secundario, es mucho más pequeña. Lo mismo puede decirse de las tensiones nominales que pueden obtenerse al hacer derivaciones en el secundario. Por lo tanto, la conmutación en el secundario sólo puede aceptarse p a r a transformadores con una potencia relativamente grande. El aislamiento se hace, según la importancia de la tensión nominal, en seco, de pasta o de aceite. Los extremos del arrollamiento primario se llevan fuera de la c a j a por dos aisladores independientes, pues entre ellos se tiene la tensión total primaria. b) Transformadores de tensión, transportables, para tensiones hasta de 600 V. Este transformador se ha construido para llenar la necesidad que se hacia sentir de un transformador de tensión transportable, p a r a tensiones medias. Estando destinado, con preferencia, a hacer medidas junto con el transformador de intensidad descrito en la pág. 52, se ha hecho la c a j a de unas dimensiones iguales a las de aquél (Fig. 79).

Transformadores de tensión.

77

El núcleo de hierro se lia construido del tipo de brazos estando el arrollamiento colocado sobre dos de éstos. Como muestra la fig. 78, el arrollamiento primario se ha dividido en dos partes, que pueden conectarse en serie o en paralelo por medio de un conmutador colocado en la parte exterior de la caja. La tensión nominal en la conexión en paralelo es de 250 V, y en la conexión en serie de 500 V. Los arrollamientos pueden sobrecargarse con un 20 %, siendo, por lo tanto, utilizable el transformador p a r a tensiones hasta de 600 Y. La tensión secundaria nominal es de 100 V, y, en el caso de sobrecarga del transformador hasta los 600 V, alcanza aquélla 120 V. L a exactitud para 50 per. y una carga secundaria de 15 voltamperios, corresponde a las exigencias de la clase F. L a tensión de prueba es de 2 kV y el peso notablemente pequeño, solamente de 4,7 kg. c) Transformadores de tensión, de precisión, transportables, para tensiones hasta de 12 000 V. Los transformadores de tensión, do precisión, transportables, se construyen, en general, conmutables para un gran número de tensiones nominales. La conmutación se hace en ellos parte en el arrollamiento primario, parte en el secundario. Las figs 80 a 83 muestran las conexiones interiores de un transformador de tensión, de precisión, conmutable p a r a 10 tensiones nominales primarias desde 1000 hasta 12 000 Y. El arrollamiento primario se ha dividido en ocho grupos de igual valor eléctrico, que pueden conectarse en paralelo, en grupos, o en serie. La conmutación necesaria para conseguir esto se hace con pequeñas palancas de conexión colocadas en la placa exterior del transformador. La disposición de las conexiones está estudiada de tal modo, que, incluso p a r a una colocación defectuosa de las palancas de contacto, no pueda ocurrir ningún cortocircuito en los distintos grupos del arrollamiento. Con las cuatro combinaciones principales indicadas en las figuras, se obtienen las cuatro tensiones nominales: 1500; 3000; 6000 y 12 000 V. P a r a conseguir una mayor subdivisión de la tensión se ha provisto al arrollamiento secundario de dos arrollamientos supletorios, cuyos extremos se llevan al exterior a b o m a s especiales. Por medio de estos arrollamientos supletorios se consigue en el secundario una tensión de 100 Y aun cuando en el primario exista una tensión 16% ó 33 % menor que la correspondiente

mmm. Fifí.

84.

(cute

de

medidas.

Se

mide

exterior

unido

a

1111

i >a s ; t m i 1 r o s - c o i u Umi s:> c I o r

siempre

tierra

y

la la

tensión c:npa

ele

papel

con

de

estaño

r

1

derivación

e n t r e el b a n d a j e d e

JBL.

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parcial

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próxima.

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o; >- > a> Vs «-tH i" iG Oc e at.

a o O

Medidas de la potencia.

151

están en la misma posición, las desviaciones se deben sumar; si están en posición distinta, aquéllas se deben restar. Al contrario de lo dicho en el caso de la medida de la potencia activa, debe aquí tenerse en cuenta, que la potencia total es positiva a decalaje de fase inductivo, y negativa a decalaje de fase capacitivo. c) Resistencias conmutables para potencia activa y reactiva.

Las nuevas resistencias conmutables permiten, sin modificación de la conexión exterior, el paso inmediato de la medida de potencia activa a la de potencia reactiva. Su conexión corresponde a la del método de los dos vatímetros para corriente trifásica, con cargas cualesquiera. Cada una de las resistencias está calculada de modo que las constantes de resistencia sean iguales para las dos medidas. Las resistencias pueden emplearse para todas las frecuencias, porque no están formadas más que de resistencias óhmicas. Sin embargo, se supone en la medida de potencia reactiva, que las tres tensiones del sistema trifásico sean aproximadamente iguales, condición que se cumple siempre en los motores, y en la inmensa mayoría de los casos, en los generadores. La fig. 153 muestra la conexión interior de una resistencia para potencia activa y reactiva, como la descrita, para unirse a dos vatímetros del tipo de pruebas (página 111). A la izquierda están las bornas de conexión para el circuito de tensión de ambos vatímetros. Por medio de un conmutador de cuatro polos se unen éstos a las resistencias situadas a la izquierda, potencia activa, o a las de la derecha para la reactiva. La conexión de las resistencias corresponde a las figuras 149 y 150 de la página 143. Con objeto de que las constantes de resistencias para potencia reactiva sean iguales a las de la potencia activa, las resistencias para carga reactiva existentes en la conexión en estrella tienen unas dimensiones tales, que la corriente en el circuito de tensión del vatímetro sea igual a la existente en las resistencias para potencia activa insertadas en la tensión compuesta. La tensión nominal es de 120 V, la constante de resistencia para ambas conexiones C = 4. La fig. 154 muestra la conexión exterior de la resistencia a colocar en serie, que se distingue por su sencillez especialmente grande. En la figura 155 se reproduce

la conexión

interior de una

152

Medidas de la potencia.

resistencia conmutable, para conectar a un vatímetro industrial de corriente trifásica, con sistema de medida encerrado en hierro. Del mismo modo que en la conexión interior del vatímetro de corriente trifásica, representado en la página 118, las resistencias se colocan al lado contrario de la bobina móvil. Estas resistencias, al contrario de las anteriormente descritas, están escalonadas para las tensiones nominales de 120, 240 y 480 V. Las diferencias de potencial que en este caso se presentan en los vatímetros, son perfectamente admisibles en el sistema de medida encerrado en hierro (compárese la pág. 119). La constante de resistencia es C — 1 para una tensión nominal de 120 Y, C = 2 para 240 V, y C = 4 para 480 V. El conmutador de campos de medida incluido en el instrumento, puede también utilizarse para la conexión de la resistencia conmutable. Cuando el instrumento se conecta a la resistencia, deben utilizarse únicamente las cuatro bomas colocadas a uno de los lados del instrumento, separando la brida que hay entre las bornas de cero. Las tres bornas colocadas en la parte superior de la resistencia se conectan a la red observando el orden de las fases.

7. Conexiones de medida para corriente trifásica. Las conexiones de medida completas, necesarias para la ejecución de las medidas, están indicadas en las figs. 156 a 159. En estas conexiones se han tenido en cuenta las reglas de conexión de los instrumentos y transformadores de medida, del modo indicado en la página 129 para las medidas de potencia en corriente monofásica. La fig. 156 muestra la conexión de medida normal para medidas directas de potencia activa, según el método de los dos vatímetros; en la fig. 157 está representada la conexión para medidas semiindirectas de corriente activa, y en la 158, para medidas indirectas. Para la medida simultánea de la potencia activa y reactiva se emplea la conexión de la fig. 159, fácilmente comprensible, con ayuda de las figuras de las págs. 148 y 149. Para mayores indicaciones en el inmenso terreno de las medidas de potencia en corriente trifásica, remitimos al lector al libro del autor „Meßgeräte und Schaltungen für Wechselstrom - Leistungsmessungen" (Aparatos y esquemas para medidas de potencia en corriente alterna), publicado por la Editorial Springer.

153

155

o T3

7ì> i.

a

b

\ • I

:a OA

•

O V

1

O

ra

b ¿y

i*

+1

157

F. Contraste de amperímetros, voltímetros y vatímetros por el método de compensación. 1. Principio del método de compensación. T o d a s las medidas de compensación se fundan en la comparación de una tensión d e s c o n o c i d a conocida,

por la que

con la caída de tensión en una resistencia

¡jase una corriente.

P a r a esto

se unen

dos

circuitos entre sí de tal modo, que la caída de tensión que se presenta en uno de ellos la compense la tensión que actúa sobre el secundo, y, en consecuencia, no circule más corriente por este último. muestra la c o n e x i ó n está c o n e c t a d a

de principio.

La batería

de

La fig. 160

acumuladores

a los extremos de la resistencia A B, de modo

por ésta circula una corriente constante.

E que

Al punto A, y cuidando de

que los polos sean del mismo nombre, están c o n e c t a d o s un seg'iindo circuito formado por la tensión c, el g a l v a n ó m e t r o tí, y el contacto de corredera C.

Este último se desplaza hasta que la intensidad de

la corriente marcada por el galvanómetro O sea igual a cero. E n t o n c e s existe la relación E

R

c

r

es decir, las tensiones son entre sí

como las resistencias.

Si e

es

una tensión conocida, como, por ejemplo, la de un elemento normal, la tensión E puede determinarse por medio de esta conexión, viniendo dada por la fórmula R E = e . - . r E debe ser siempre mayor que e, porque aquella tensión es la que suministra la Corriente para pueden

también

medirse

la resistencia A B. pequeñas

tensiones,

Con

este

incluyendo

método en

la

c o n e x i ó n un conmutador, con el que se pueda insertar, a elección, la tensión d e s c o n o c i d a e, y la tensión normal conocida e„. muestra la misma

esta

conexión.

relación

Las tensiones

que las resistencias

e,.

y

e„

están

entre

sí

en

precisas

para

que

en

el

circuito del galvanómetro no pase ninguna corriente. la t e n s i ó n er

se obtiene

una resistencia

una r e s i s t e n c i a r„- se tendrá

La fig. 161

r

y

Si al equilibrar

al equilibrar la

e„

F i ^ . 1 liO.

F i g . 161.

Conexión de principio compensación.

del

método

C o m p a r a c i ó n d e l a s t e n s i o n e s c„ por medio de una resistencia.

de

y c.,

onnr^ui

—

B

• ^ h r — — %

Fifi'. 162.

C o m p a r a c i ó n de las tensiones por medio de dos resistencias.

c„ y c.,-

Medidas de compensación. ev

— = c „

r r

„

159

. . r y, por consiguiente, ex = e,,-^— r » '

Como se ve, la tensión E queda automáticamente eliminada de la medida propiamente dicha; es solamente una fuente auxiliar, cuya misión es suministrar una corriente constante para la resistencia A B. Sin embargo, debe siempre ser mayor que la tensión a medir e,.. Al efectuar una serie de medidas, se hará un control con el elemento normal en, después de cada medida de epara convencerse de que la intensidad de la corriente en la resistencia A B permanece invariable. Al hacer esta comprobación se tiene el inconveniente de que debe desplazarse el contacto C. Para evitar esto, se emplea en el aparato de compensación de Raps, una resistencia especial con un contacto especial para la compensación del elemento normal. La fig. 162 muestra la conexion. En ésta, la tensión e,. se compensa con la resistencia A B, desplazando el contacto C, mientras que para la compensación de la tensión e„ del elemento normal se utiliza la resistencia B D con el contacto C". Este último queda siempre en la misma posición, de modo que para las medidas de control no se necesita más que colocar el conmutador U en la posición de la derecha. Se pueden ahorrar cálculos en la valoración del resultado de la medida, si, de antemano, se hace que la resistencia r „ que sirve para la compensación del elemento normal e„, sea un múltiplo decimal de e„. Entonces se hace variar la intensidad de la corriente, hasta que el galvanómetro baje a cero. Si, p. ej., se elige r„ — 10 000-e„ se tendrá: e

„

rn

1 ~ 10 000

r

.r

;

rn

' ^ ~

Para la medida de e,. se necesita solamente hasta que el galvanómetro vuelva a cero. r

10 000

10 000 '

mover el contacto C La resistencia leída

es, sin más, la tensión buscada e ...

2. Conexión interior del aparato de compensación de Raps. Al construir un aparato de compensación, fundándose en el esquema representado en la figura 162, no sería cómoda la utilización

ICO

Medidas de compensación.

161

de una resistencia AB del tipo de hilo de contacto o de corredera. Con objeto de poder lograr u n a lectura por décadas, se recurrirá al empleo de una resistencia escalonada, subdividida en décadas. E s t a condición lleva en sí una serie de dificultades, porque en ningún caso debe v a r i a r el valor total de la resistencia AB, al hacer las derivaciones precisas p a r a la compensación. Correspondiendo a la exactitud de lectura de cinco decimales, necesaria en esta medida, la resistencia AB en el a p a r a t o de compensación de R a p s se compone de cinco escalonamientos subdivididos en décadas. En este a p a r a t o , y p a r a poder hacer las medidas con sólo dos puntos de derivación, correspondientes a los p u n t o s AC del esquema de principio, cada dos resistencias están u n i d a s entre sí de tal modo que, cada uno de los escalonamientos de las resistencias mayores se halla s u p e r p u e s t o al escalonamiento inmediato más pequeño. La serie de resistencias más pequeñas, correspondientes a la quinta cifra decimal, está c o n e c t a d a simplemente, como resistencia en serie, entre las otras resistencias. Esto es p e r f e c t a m e n t e admisible, porque la resistencia total de la conexión no se v a r í a por ello de un modo esencial. La fig. 163 r e p r e s e n t a el esquema de los circuitos de tal a p a r a t o . Los millares, obtenidos por medio de la manecilla Kv pueden subdividirse por la manecilla K2, obteniéndose las centenas. Del mismo modo se obtiene la subdivisión de las decenas d e r i v a d a s con la manecilla K3, en unidades. L a s décimas están d a d a s por la resistencia en serie K.. Las resistencias colocadas en la fig. 162 entre los puntos B y D, y que sirven p a r a la compensación del elemento normal, se forman por la resistencia 10180 y la resistencia de manivela K„, de 10 ohmios. Colocando la manivela K „ en la posición conveniente, puede hacerse que las resistencias correspondan en todo caso al valor de la f . e. m. del elemento normal. La intensidad de la corriente en el a p a r a t o de compensación, en el caso de u n a compensación e x a c t a del elemento normal, es exactamente de 0,0001 A. L a resistencia en serie R r existente en el circuito exterior, sirve p a r a regular la intensidad de la corriente d u r a n t e la compensación del elemento normal. Por medio del conmutador V se coloca el g a l v a n ó m e t r o bien en el circuito del elemento normal, bien en el circuito de la tensión a medir X. L a magnitud de la tensión

162

M e d i d a s de c o m p e n s a c i ó n .

X se leo inmediatamente después de la compensación en las manivelas de las resistencias, obteniéndose una cifra de cinco decimales. L a fig. 164 muestra la conexión real del aparato. cambiado las conexiones de modo que,

también

en

y K„, los números aumentan de izquierda a derecha.

En ella se han las

manecillas

En el circuito

del galvanómetro se lia incluido también un pulsador T, con ayuda del cual se puede insertar el galvanómetro durante un corto tiempo o constantemente,

según sea preciso.

El

botón del pulsador se ha

hecho articulado, del mismo modo que los interruptores de esta clase.

Fi

3 ü

1

0 c 0> 1

» A

e o

"5.

/

s

» _

i

j, • />', =

i•

Análogamente en el segundo circuito BCDB «r • »„ - H • R2 = ir • R„ = í2 • R2 •

0

Dividiendo ambas igualdades se obtiene V*,-

h-Bí

_

Y puesto que i1 = i2 e i,. = ¿,., se deduce

_ "

R

R

2

= R •—• ' J?2

Si se conocen la resistencia de comparación Rt. y la relación de resistencias R¡ : R,, se puede determinar por la ecuación anterior la resistencia desconocida R,.. La medida se efectúa estableciendo una determinada relación R1 : R2 y variando la resistencia R,, hasta que el galvanómetro no dé ninguna oscilación. Según la ecuación anterior no es preciso conocer los valores exactos de las resistencia ñ , y R.y Es completamente suficiente

22(i

D

Fi{í- 221. P u e n t e d e W h e a t s t o n e con r e s i s t e n c i a d e p r o p o r c i ó n . P a r a e f e c t u a r las m e d i d a s con e s t e p u e n t e se fija la r e l a c i ó n d e r e s i s t e n c i a s R, : I f a eleg i d a d e a n t e m a n o , c o m p e n s a n d o d e s p u é s el p u e n t e p o r m e d i o d e la r e s i s t e n c i a de c o m p a r a c i ó n R,-.

F i g . 222. P u e n t e d e W h e a t s t o n e con hilo c a l i b r a d o . E n e s t e p u e n t e se d a p r i m e r o un v a l o r d e t e r m i n a d o a la r e s i s t e n c i a d e c o m p a r a c i ó n R,-, e q u i l i b r a n d o l u e g o el p u e n t e , al v a r i a r la r e l a c i ó n a : b.

Medida de la resistencia.

227

conocer su relación. Esto lleva a una variación de la disposición de la medida, que fué indicada primeramente por Kirchhoff. En esta nueva disposición la suma R t + R 2 es constante y está representada por un hilo de resistencia tenso y colocado al lado de una escala. Sobre el hilo está alojado un contacto de corredera, con el que puede dividirse la resistencia suma en cualquier proporción a : b. La fig. 222 indica la disposición de este puente de medidas. La medida en este puente se hace dejando invariable la resistencia de comparación Rr, y por medio del contacto de corredera se hace variar solamente la relación de las resistencias Rt : R2, que en un hilo calibrado es igual a la relación de las longitudes a y b. Entonces la resistencia desconocida es

* =vf Con relación a las posibilidades de empleo de estas dos clases de puentes diremos lo siguiente: El puente con resistencia de comparación es utiliza con preferencia para las medidas de precisión. Si se quiere alcanzar la exactitud máxima, debe tomarse un puente con resistencias de clavijas. Si lo más importante es, por el contrario, un trabajo cómodo, es preferible el empleo de un puente con resistencias de manivela. Las resistencias de contacto son menores en el puente de clavijas, pero también en el puente con resistencias de manivela se pueden reducir a un mínimo engrasando ligeramente los contactos con vaselina. El puente con hilo de medida se emplea con ventaja como puente para medidas de montaje, porque su manejo es muy sencillo. Su exactitud es, naturalmente, menor que la del puente con resistencias de clavijas o de manivela, pues aquélla está limitada por la longitud del hilo calibrado e influida por desigualdades inevitables en la sección de éste. Todos los puentes de medida pueden utilizarse lo mismo para corriente continua que para alterna, si sus resistencias son puras, es decir, sin inducción ni capacidad. Como instrumento de cero se emplea para corriente continua un galvanómetro de bobina móvil, y para corriente alterna un teléfono. Existiendo vacilaciones en la •.lección del galvanómetro debemos observar que las relaciones más is

Fig'. 223. P e q u e ñ o p u e n t e de m e d i d a s , de c l a v i j a s , c o n r e s i s t e n c i a d e c o m p a r a c i ó n c o n e c t a d a en s e r i e .

Fijr. 224.

A s p e c t o del a n t e r i o r p u e n t e , cubierta quitada.

con

la,

230

Medida de la resistencia.

favorables se consiguen, cuando la resistencia del galvanómetro sea aproximadamente igual a la resistencia del puente existente entre los dos puntos a que aquél se conecta. La sensibilidad de la conexión en puente depende además de la intensidad de la corriente que circula por la resistencia que se trata de medir. El puente será t a n t o más sensible cuanto mayor sea esta intensidad. Por lo tanto, en muchos casos, puede conseguirse una mayor sensibilidad del puente permutando el galvanómetro y la batería. b) Puente de medidas, de clavijas, con resistencia de comparación conectada en serie. Los nuevos puentes de medidas de clavijas de la Siemens & Halske A.-G. se diferencian de las construcciones antiguas en que las piezas de los contactos están por completo cubiertas, siendo únicamente visibles en la cubierta superior los a g u j e r o s de las clavijas y los valores de las resistencias a que corresponden. La construcción de las piezas de los contactos es también nueva. Mientras que las de los antiguos puentes estaban sujetas a la placa de montaje por medio de tornillos, las de los nuevos están embutidas en la placa por la parte correspondiente al agujero. Con esto se consigue que la presión lateral producida al introducir la clavija no actúe sobre los tornillos de fijación de la pieza de contacto, sino sobre la placa de m o n t a j e por intermedio de las paredes de aquélla. Con esta disposición se consigue que las piezas de contacto no se muevan. En los nuevos puentes cada a g u j e r o de clavija lleva dos piezas de contacto. Las dos piezas de contacto inmediatas están unidas entre sí por medio de un miembro elástico, no pudiendo, por consiguiente, transmitirse la presión lateral de una de las piezas a la otra. La fig. 223 muestra el aspecto del nuevo puente de medida, de clavijas, pequeño, con resistencia de comparación conectada en serie. En la fig. 224 se ha quitado la placa-cubierta, con objeto de que puedan verse las piezas de contacto. Estas van montadas con un ángulo de 45 porque de este modo se necesita el mínimo espacio. La fig. 225 muestra la conexión interior del puente. Las dos resistencias de comparación a y b tienen cada una tres resistencias de 10, 100 y 1000 ohmios. La resistencia de comparación B„ tiene en total 11111 ohmios. Está dividida en cinco series que

Medida de la resistencia.

231

micontienen Jas décimas, unidades, decenas, centenas y llares. P a r a cada serie de decenas se han previsto cuatro resistencias, escalonadas en relación a los números 1, 2, 3 y 4. Los números intermedios se obtienen sumando convenientemente los diversos valores. Las resistencias están colocadas entre los contactos de clavijas en la conexión en serie, por lo cual se ponen en cortocircuito al introducir la clavija, y quedan conectadas, por consiguiente, las resistencias cuyas clavijas no están colocadas. El valor total de la resistencia de comparación es la suma de las resistencias parciales que no tienen clavija. La resistencia a medir se conecta a las bornas X, y la batería y el galvanómetro se unen a las bornas B y G o (B) y (G) respectivamente, según las condiciones de la medida. Como batería es suficiente uno a dos elementos secos, y como galvanómetro es de recomendar un pequeño galvanómetro de a g u j a con una resistencia de unos 100 ohmios. Cada uno de los circuitos de la batería y del galvanómetro lleva un pulsador interruptor. Siempre debe tenerse cuidado de conectar la batería antes que el galvanómetro. La resistencia medida tiene por valor a

X = -

• li. b El puente de medidas descrito es especialmente apropiado para medidas ambulantes, debido a sus pequeñas dimensiones, y se emplea como complemento de la conexión transportable para medidas en cables. c) Puente de medidas de precisión, de clavijas con resistencia de comparación conectada en décadas. La disposición de la resistencia de comparación en décadas ofrece las v e n t a j a s de una exactitud máxima en las medidas y un manejo cómodo, si se compara con la conexión en serie comúnmente utilizada antes. Estas v e n t a j a s están dadas por la particularidad de la conexión en décadas, en la cual sólo es necesaria una clavija por década en lugar de las muchas clavijas de la conexión en serie. En consecuencia, sólo entra en cuenta la resistencia de contacto de una clavija por década, reduciéndose los errores debidos a las resistencias de contacto a un valor casi despreciable. Por otra parte, se consigue un manejo mucho más sencillo y una facilidad de lectura

Fifí. 22(1. V i s t a e x t e r i o r d e l n u e v o p u e n t e d e c l a v i j a s , [tara m e d i d a s d e p r e c i s i ó n con r e s i s t e n c i a de c o m p a r a c i ó n c o n e c t a d a en d é c a d a s .

F i g . 227.

V i s t a d e l p u e n t e d e m e d i d a d e la p a r t e s u p e r i o r , sin placa de cubierta.

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