CE_Práctica 3_Matlab y Multisim

Abril del 2013 [LABORATORIO DE CIRCUITOS ELCTRICOS]

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PRACTICA 3

ANLISIS DE CIRCUITOS CON MATLAB Y MULTISIM

Introduccin

El propsito de esta prctica es desarrollar la habilidad de manejar las herramientas de software:

MATLAB y MULTISIM para analizar y resolver problemas de circuitos elctricos de CA. Con el

software MATLAB, se facilitar el proceso la comprobacin matemtica de los diseos mediante la

programacin en lenguaje de alto nivel. Por otro lado, la evaluacin y experimentacin virtual de los

circuitos propuestos podrn hacerse a travs del software MULTISIM. Este ltimo, cuenta con los

elementos adecuados para la implementacin, as como los instrumentos virtuales para las mediciones de

cada experimento previo a la implementacin fsica.

El entorno de MATLAB es un software muy utilizado para diversas tareas, por ejemplo: el

manejo de imgenes; programacin en lenguaje de alto nivel; anlisis de seales y ms. En nuestro caso

lo emplearemos para realizar el anlisis de circuitos elctricos en CA. Las partes principales del software

son:

Work Space, donde se vern las variables que hemos creado.

Command History, aqu se visualizara el historial de comandos que iremos utilizando a lo largo

de la prctica.

Command Window, este ser el espacio que utilizaremos para realizar el anlisis de circuitos

elctricos.

El uso de MATLAB en el anlisis de circuitos elctricos permite tener una mejor compresin sobre el

comportamiento de algn circuito en especfico ya que se pueden obtener curvas de respuesta que te

permiten observar la evolucin del sistema en un instante de tiempo fijado por el usuario.

Utilizaremos algunas ventajas del uso de matrices para resolver las ecuaciones que se presenten al

realizar el anlisis de un sistema elctrico, definiendo la nomenclatura que se utilizara para ello con el fin

de evitar los errores en la programacin.

Archivos m-file, sern utilizados solo cuando sea necesario crear un cdigo extenso para realizar el

anlisis, con el fin de tener que capturar todo el cdigo de nuevo, el lenguaje a utilizar en estos casos ser

lenguaje de alto nivel con una semejanza al lenguaje C.

Definicin de las variables, un ejemplo de ello puede ser la siguiente tabla

Variable Descripcin comentarios

Vin o Vs Voltaje de entrada en algunos libros lo manejan como V(s) o I(s)lo cual en

MATLAB produce error, debido a que as

Iin o Is Corriente de entrada Se define a una funcin.

Rn Resistor Representara a una resistencia donde n puede ser

cualquier numero 1, 2,3

Cn Capacitor Capacitor numero n (1, 2,3)

Ln Inductor Inductor o bobina n (1, 2,3)

Vrn Voltaje en resistor n

Vcn Voltaje en capacitor n

Vln Voltaje en inductor n

In Corriente en circuito Corriente que se requiere conocer



Por otro lado, el software ofrecido por National Instruments: MULTISIM, es una plataforma amigable

para crear y configurar sistemas elctricos/electrnicos mediante instrumentos virtuales para simular su

funcionamiento y comportamiento.

Material:

Resistencias de: 2, 2.2, 3, 3.3, 10, 100, 220, 5K, 10K.

Instrumentos de Medicin: Multmetro, Generador de Seales y Osciloscopio.

Software Portable de MATLAB y MULTISIM (vase la web del curso).



Procedimiento.

1) Realizar la solucin analtica del circuito mostrado en la Figura 1.

V1

40 Vrms

60 Hz

30

R33

R1

21

2

0

Figura 1. Circuito Elctrico en CA

Para el circuito mostrado encontrar la cada de tensin en cada resistencia, as como la corriente que

circula a travs del circuito. Si la fuente V=40 sin (120t - 30o), donde V es Voltaje RMS.

Haciendo los clculos manualmente los resultados obtenidos son

If = 7.90425 A 8 A

Vr1=16 V

Vr2=24 V

2) Generar el programa en MATLAB que compruebe los resultados obtenidos en el paso anterior

(use el material de apoyo que ofrece el portal del curso).

Nota: todas las operaciones son realizadas introduciendo los comandos directamente al command

window o creando un archivo *.m. El smbolo % es para indicar un comentario y no se ejecuta por el

software.

%introducimos los valores de las resistencias R1=2; R2=3; %la resistencia equivalente del circuito Req= R1 + R2; %calculando la corriente equivalente If= (40/5)*sin(120*pi - 30) %calculando el voltaje en R1 VR1=R1*If; %calculando el voltaje en R2 VR2=R2*If;



%definimos la duracin de un ciclo en radianes b=2*pi/ (120*pi); %intervalo para la frecuencia x=0:0.02:5; %el tiempo t=x.*b; %utilizaremos el comando PLOT para graficar %los datos que se graficaran son: Vs=40*sin(120*pi*t - 30); Is=(40/Req)*sin(120*pi*t - 30); %comandos para graficar plot(t,Vs,'b.:',t,Is,'go:') title('forma de la seal de AC')%titulo de la grafica xlabel('tiempo')%el tiempo representado en el eje x ylabel('magnitud')%magnitud de la variable en el eje y text(0.008,0,'Corriente')%identificador para la grafica de corriente text(0.02,30,'Voltaje')%identificador para la grafica de voltaje %resultado obtenido despus de ejecutar el comando

A continuacin se presentan imgenes con los resultados del ejercicio:

Figura 2. Ambiente de trabajo de Matlab

Aqu, la grfica con lnea azul representa el voltaje y la lnea verde la corriente



Figura 3. Grfica que muestra solo las seales resultantes: Voltaje y Corriente

3) Generar el circuito elctrico virtual mediante MULTISIM para comprobar los resultados

analticos de MATLAB.

Simulador Virtual: MULTISIM 10

Figura 4.

Figura 4. Entorno de trabajo con Multisim



Paso 1

Colocar los componentes necesarios. Para ello iremos al men place->Component

Figura 5. Men PLACE desplegado

Entonces, aparecer la siguiente ventana:

Figura 6. Pantalla del Master Database



En el recuadro Database tiene que estar seleccionada la opcin Master Database.

En el recuadro Group seleccionaremos la opcin sources para colocar la fuente de AC y su respectiva

toma de tierra. Seleccionaremos la opcin POWER_SOURCES en cuadro Family.

Nota: la toma de tierra es necesaria para que se pueda llevar a cabo la simulacin.

Figura 7. Seleccin del Componente:Tierra

Seleccionamos el componente y pulsamos el botn OK.

Arrastramos el componente sobre el espacio de trabajo, moviendo el ratn hasta ubicar el componente en

el lugar adecuado sin presionar ningn botn, una vez ubicado dar clic al botn izquierdo.

Una vez colocado el componente nos regresara a la misma ventana con cada componente que

coloquemos.

Ahora colocaremos las resistencias. Para hacerlo en el recuadro group seleccionaremos la opcin basic.

En el cuadro Family seleccionamos la opcin RESISTOR.

Figura 8. Seleccin de un componente



Como necesitamos un resistencia de 2 y una de 3 en el cuadro component, se puede dar clic y

cambiar el valor por un 2 y as nos mostrara las resistencia cuyo valor empieza con un 2. Seleccionamos

la adecuada y damos clic al botn ok.

Se hace lo mismo con la resistencia 3.

Figura 9. Seleccin de la resitencia

Paso 2.

Procederemos a unir los componentes colocando el puntero en una de las terminales del componente.

Hacemos click sobre la terminal y arrastramos hasta el siguiente componente sin presionar ningn botn

del ratn, una vez colocado en la terminal del siguiente componente se resaltara un punto sobre el y

daremos clic con el botn izquierdo.

Figura 10. Conectando los elementos del circuito.

Hacer lo mismo hasta unir todos los componentes y le quede como la siguiente figura.



V1

120 Vrms

60 Hz

0

R1

2

R23

1

2

0

Figura 11. Circuito serie del ejemplo por resolver

Paso 3

Configurar la fuente de AC para efectuar la simulacin. Para ello damos clic con el botn derecho sobre

el componente V1 y seleccionamos la opcin Properties. As, aparecer la ventan de la Figura 12, donde

cambiaremos los siguiente valores: Vrms= 40 y =30o.

Figura 12. Propiedades de la Fuente de Poder

Le damos clic al botn ok para que surtan efecto los cambios



Paso 4

Ahora se colocarn los instrumentos de medicin para corroborar el desempeo del circuito mediante:

Voltmetros y Ampermetro.

Vamos al men simlate y buscamos la opcin instruments.

Figura 13. Men Simulate-Instruments

Damos clic a la opcin multimeter. Lo arrastramos hasta donde lo necesitemos y damos clic al botn

izquierdo del ratn quedando como sigue:



V1

40 Vrms

60 Hz

30

R1

2

R23

1

2

0

XMM1

Figura 13. Introduccin de los Instrumentos de mediciin en el circuito virtual.

Para realizar la medicin colocaremos el multimetro en paralelo con la resistencia R1:

V1

40 Vrms

60 Hz

30

R1

2

R23

0

XMM1

1 2

Figura 14. Medicin de Voltaje con el multimetro.

Hacemos las mismas operaciones para medir el voltaje en la resistencia R2:



V1

40 Vrms

60 Hz

30

R1

2

R23

XMM1

1XMM2

2

0

Figura 15. Medicin de Voltaje con el multimetro.

Para realizar la medicin de la corriente utilizaremos otro multmetro y ste ser colocado en serie con el

circuito.

V1

40 Vrms

60 Hz

30

R1

2

R23

XMM1

1XMM2

2

XMM33

0

Figura 16. Medicin de Corriente con el multimetro.

Paso 5

Configurar cada uno de los instrumentos de medicin. Para configurar los multmetros como voltmetro

se hace lo siguiente:



Colocamos el puntero en el multmetro y le damos doble clic, en la ventana que nos aparecer, haremos

los cambios que aparecen en las figuras.

Antes Despus

Figura 17. Configuracin de los multmetros.

La configuracin del multmetro como ampermetro, se realiza de la forma siguiente:

Figura 18. Multmetro configurado como Ampermetro.



Paso 6. Simulacin

Una vez configurado todas los instrumentos del circuito, procederemos a realizar la simulacin usando el

men simlate-> run o simplemente pulsamos la tecla F5 del teclado.

Figura 19. Sistema virtual listo para ser simulado.

Figura 20. Simulando sistema virtual.



ACTIVIDADES.

a) Verifique el ejercicio de esta prctica, es decir, use MATLAB para crear el programa (antes

presentado) que realiza los clculos y grafica las curvas de respuesta. Adems, use MULTISIM para

construir el circuito y efectuar las medidas correspondientes.

b) Repita el experimento (a) para lo siguiente casos:

V= 3 cos (10t + 60o ), R1=100 y R2=5K

V= 5 sin (4t + 100o ), R1=1K y R2=1K

V= 2 cos (100t + 10o ), R1=2K y R2=1K

c) Implemente la actividad (b) en su protoboard y verifique en el laboratorio de electrnica los resultados

obtenidos.

d) Consulte la ayuda de MATLAB para adicionar algunas cualidades en la grficas de sus ejercicios, por

ejemplo: cambio de color, tipo de lnea, etc. Esta informacin se encuentra escribiendo en la lnea de

comando >> help plot.

e) Elabore el reporte petinente donde se muestre el desarrollo de su prctica a s como los resultados

cualitativos y cuantitativos. (Vea archivos de apoyo del portal)

ES POSIBLE, LO IMPOSIBLE!!

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