Upload
universidad-de-tarapaca
View
6.542
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
Circuitos de Corriente Alterna en Estado Estacionario
Como hemos visto, cuando hablamos de corriente alterna, generalmente nos
referimos a un voltaje o corriente de forma senoidal cuya forma y características es
conocida. Generalmente con el estudio de corriente alterna o C.A. se introducen dos
nuevos elementos de circuito que son muy típicos en las redes de corriente alterna, El
Condensador y La bobina.
La Bobina o Inductor
Una bobina o inductor se construye enrollando un conductor sobre algún material
ferro-magnético, este material se conoce como núcleo (algunas veces el núcleo puede
ser de aire). La principal tarea de una bobina dentro de algún circuito eléctrico es
producir un campo magnético (Ley de Ampère), dentro de un circuito una bobina
puede representar, el primario o segundario de un transformador, el campo o el
inducido de un motor o incluso el largo de un conductor.
¿Qué efecto tiene sobre la corriente o el voltaje?
Suponga que ud. aplica un voltaje o tensión en los extremos de una bobina, esta
diferencia de potencial impulsara a los electrones dentro del cobre del conductor a
moverse, estableciendo así una corriente, sin embargo dependiendo de cuanto
alambre este enrollado o “bobinado” sobre el núcleo, a dicha corriente le tomará
cierto tiempo llegar al otro extremo debido a que tiene que recorrer todas las vueltas
del alambre, esto se conoce como desfase entre el voltaje y la corriente ó retraso de la
corriente respecto el voltaje.
Y ¿Cómo se Calcula dicho retraso?
Para analizar el efecto de la bobina sobre la corriente es necesario introducir dos
nuevos conceptos: Reactancia e impedancia.
Impedancia: Se denota con la letra Z y es una magnitud que establece la relación
(cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la
corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, la tensión y la propia impedancia se
describen con números complejos.
Para una bobina la impedancia está dada por:
Forma Cartesiana:
Forma Polar:
Donde:
- f: es la frecuencia de la fuente de C.A. medida en Hertz.
- L: es el valor característico de la bobina, que se mide en Henrios.
La impedancia es una medida de la “resistencia” que pone la bobina al paso de la
corriente y el efecto de desfase o retraso que produce sobre esta.
Reactancia: se denota con la letra X y es la medida del “tamaño” de la impedancia de
un componente reactivo (bobina o condensador) y por tanto no considera ángulo o
signo y es sólo un número.
Reactancia:
Luego la impedancia de una bobina se puede considerar como:
Forma Cartesiana:
Forma Polar:
Como se calcula el efecto sobre la corriente:
Figura 2
Suponga que tiene un circuito como el de la figura 2, donde la fuente de voltaje es
alterna senoidal y esta descrita por la expresión:
Sabemos que existe un número complejo que representa a dicha señal, al que se le
conoce como fasor voltaje, dicho fasor estará dado por:
También existe una impedancia asociada a la bobina que estará dada por:
Luego el circuito se puede representar de la siguiente forma:
Este circuito difiere del anterior porque en él se han presentado todas las variables
en su forma compleja.
Luego la corriente se calcula como:
Lo que indica que en un circuito inductivo puro, la corriente siempre tendrá 90º
menos que el voltaje. Se dice entonces que la corriente esta en atraso respecto del
voltaje en una bobina.
Ejemplo:
1. Se tiene un bobinado de L=200 mH. Si se conecta a una red de 110Vrms/60Hz.
a) Cual es la reactancia y la impedancia de dicha bobina.
b) Calcule el fasor corriente.
c) Dibuje un diagrama fasorial con ambos fasores.
d) Grafique la señal de corriente y voltaje respecto al tiempo
Desarrollo
a) Para calcular reactancia e impedancia, más importante que el voltaje de la red
es la frecuencia.
Note que la reactancia es solo una magnitud, mientras que la impedancia es un
número complejo con ángulo.
b) Para la corriente se deben utilizar las leyes de Ohm, de manera que:
Se deben respetar todas las reglas de operaciones con números complejos. Cuando no
se indica fase para el voltaje se considera cero.
c)
d) Para graficar la señal debemos considerar 2 cosas:
1. La frecuencia del circuito es siempre la misma para todas las variables
eléctricas.
2. Las magnitudes que se obtienen en el circuito son efectivas (rms), por lo
tanto, debemos obtener los máximos multiplicando por