Analisis De Circuitos Electricos En Estado Transitorio

Universidad Industrial de Santander, Facultad de Ingenierías fisicomecánicas,

Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Telecomunicaciones, Programa de:

Electricidad y Electrónica Básica

Bucaramanga, Santander, Colombia

Junio-2012

Resumen

Se va a analizar el comportamiento de los circuitos eléctricos con corriente continua de la forma RL, RC, RLC en su estado transitorio. Es importante tener conocimiento del funcionamiento de cada uno de los elementos (resistores, transistores e inductancias) a fin de facilitar el comprendimiento de los circuitos eléctricos en su conjunto. Además del análisis cualitativo se incluirán graficas y datos obtenidos mediante la herramienta informática ORCAD 9.2.

Palabras clave: Instrumentación Industrial, Características dinámicas, Características Estáticas. Otras...

1. Introducción

La presencia de inductancia y capacitancia en el mismo circuito produce al menos un sistema de segundo orden, que esta constituido por una ecuación diferencial que incluye una derivada de segundo orden o dos ecuaciones diferencial es lineales de segundo orden. Se observara el comportamiento mediante graficas de corriente y tensión simulas en ORCAD 9.2 de circuitos eléctricos en sus estados estable y de transición y se podrá determinar de manera clara el funcionamiento de los capacitores e inductancias en dichos estados.

Los circuitos RLC no solo aparecen con mucha frecuencia en la practica sino que también resultan modelas bastante buenos para otros sistemas.

Es de suma importancia tener claro el concepto de cada uno de los elemento involucrados en los circuitos RLC.

1.1. El Resistor

Se denomina resistor eléctrico al componente diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. La resistencia eléctrica se mide en unidades de Ohmios [Ω].

Resistencia eléctrica

Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir el paso de la corriente

La corriente máxima en un resistor esta condicionada por la potencia máxima que puede disipar su cuerpo.

1.2. El Capacitor

Es un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.

El valor de la capacitancia viene dado en unidades de Faradios [F]

Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna.

Capacitor

1.3. El Inductor

Un inductor o una bobina es un elemento pasivo de un circuito eléctrico que debido al fenómeno de la autoinducción almacena energía en forma de campo magnético.

Inductor

2. Análisis de Circuitos

Ya conociendo el comportamiento de cada uno de los elementos que conforman los circuitos RLC, a continuación se analizaran cada uno de las configuraciones (serie y paralelo) de los circuitos RC, RL y RLC en estado transitorio.

2.1 Circuito RL Serie

En esta configuración de circuito se tiene un resistor seguido de un inductor, conectados de manera serial.

Cabe recordar que en un circuito eléctrico que se encuentra en estado de estabilidad energética, los inductores tienden a tener comportamiento de conductores perfectos (resistencia cero).

Configuración RL Serie. ORCAD 9.2

En el estado transitorio el tiempo de carga de una inductancia ocurre al cabo de aproximadamente 5 tau (5Ƭ), siendo tau la constante de tiempo.

Ƭ=L/R

Teniendo en cuenta que en un tau la inductancia se ha cargado en un 63.2% de corriente total. Del mismo modo, cuando retiramos la fuente de alimentación y comienza a descargarse la bobina, se estima también que en un tau se ha perdido el 63.2% de su corriente total.

Grafica 1. Comportamiento de la corriente RL Serie. ORCAD 9.2

Cuando inicia el estado transitorio la corriente comienza desde cero y empieza a aumentar hasta alcanzar su capacidad máxima, gráficamente se ve representada por una curva exponencial hasta que alcanza el valor total y se estabiliza a un valor constante, este periodo es conocido como el estado estable del circuito.

Como se ve en la grafica 1, en el momento de retirar la fuente, se puede observar como su corriente máxima comienza a decrecer paulatinamente hasta llegar a cero, esto debido al consumo energético del elemento pasivo que es la resistencia.

En la grafica 2 se puede observar un cambio brusco de la tensión en el instante exacto en que se desconecta la fuente.

Grafica 2. Comportamiento de la tensión RL Serie. ORCAD 9.2

En tiempo cero, el voltaje de la bobina es máxima, posteriormente la inductancia irá liberando su voltaje a medida que incrementa la corriente.

Como vemos en la grafica 2, cuando se retira la fuente, instantáneamente la bobina

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