CIRCUITOS EN CORRIENTE ALTERNA.

CIRCUITOS EN CORRIENTE ALTERNA

Los circuitos de corriente alterna (ca) son aquellos en los que el sentido de la corriente varía a lo largo del tiempo. Aunque el concepto de corriente alterna puede aplicarse en general para cualquier corriente de polaridad variable en el tiempo, suele utilizarse para referirse a circuitos con fuentes de voltaje senoidales de la forma: v(t) = Vm sen(t) donde Vm es la amplitud de la señal, y es la frecuencia angular o pulsación, expresada en rad/s. Fuentes de voltaje de este tipo dan lugar a corrientes senoidales con la misma frecuencia: i(t) = Im sen ( t+ )

Para estudiar circuitos con este tipo de fuentes de voltaje es conveniente emplear el concepto de fasor. Un fasor es un vector fijo cuya longitud es proporcional a la amplitud de la magnitud correspondiente (voltaje, intensidad, impedancia) y cuya fase determina el valor de la fase de cada señal a lo largo del tiempo.

Fig.1: Fasores de voltaje e intensidad en un condensador

El desfase entre dos ondas senoidales equivale a un retraso temporal entre las mismas que depende de la frecuencia. Para concretar, si dos señales de frecuencia ? están desfasadas un ángulo ?, el retraso entre ambas puede obtenerse teniendo en cuenta que el retraso: td = /360f donde td viene expresado en segundos, viene dado en grados y f está en Hz.

POTENCIA EN CA

El hecho de que los elementos pasivos en un circuito de ca modifiquen no sólo la amplitud sino también al desfase entre el voltaje y la intensidad da lugar a que, de toda la potencia suministrada por las fuentes de voltaje, sólo una parte pueda ser absorbida por las cargas. Esta fracción de la potencia total que resulta de utilidad se conoce con el nombre de potencia real o activa, y viene dada por la expresión: P = Vef Ief cos

Aquí, Vef e Ief son los valores eficaces del voltaje y la intensidad en la impedancia correspondiente. A cos ¶ se le conoce con el nombre de factor de potencia y afecta decisivamente a la cantidad de potencia que se puede utilizar. El resto de la potencia suministrada por las fuentes es intercambiado entre éstas y las impedancias, y se denomina potencia reactiva: Q = Vef Ief sen . Por

ultimo, al total de la potencia suministrada se la denomina potencia aparente: S = Vef Ief Una forma útil de representar estas relaciones de forma gráfica es el triángulo de potencia:

Q

P

Fig.2: Triángulo de potencia para una impedancia con parte imaginaria positiva.

donde el ángulo entre P y S es justamente ?. En el ejemplo, se dice que el factor de potencia cos ? está retrasado, lo que significa que la intensidad retrasa con respecto al voltaje. Para conseguir un factor de potencia lo más próximo posible a la unidad, en un sistema real con resistencias e inducciones, se pueden utilizar condensadores en paralelo.

MATERIAL: Osciloscopio, Generador de funciones, Protoboard, Multímetro, Resistencias, condensadores y bobinas de diferentes valores.

CÁLCULO DEL DESFASE

Medir con el multímetro la resistencia interna de la bobina, que estará en serie con la resistencia para el cálculo del desfase teórico.

Comprobar experimentalmente el valor del desfase:

Medir con el osciloscopio el retraso (td) entre el voltaje del generador de funciones (canal 1) y el voltaje entre los terminales de la resistencia (canal 2). (Se debe tener la precaución de conectar las tierras de las sondas y la del cable del generador de funciones, en el mismo terminal de la resistencia). Entonces el ángulo de fase de la impedancia total viene dado por:

= 360 f td con td tiempo desfase señales y expresado en grados.

Dibujar el diagrama fasorial del voltaje de la fuente Vef y la intensidad en la malla Ief, utilizando para ello los módulos los valores eficaces medidos con el multímetro.

Obtener experimentalmente el valor de las potencias activa, reactiva y aparente en la impedancia total y dibujar el triángulo de potencia. ¿Cuánto vale el factor de potencia?

CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

Para corregir el factor de potencia totalmente ('=0), colocaremos un condensador en paralelo con la impedancia total, cuya capacidad sea de 470nF para L=12-15mH. Comprobar la capacidad teórica del condensador mediante: 2fCV=I(sen - cos tg )'

Determinar teórica y experimentalmente el valor del desfase:

- Como ahora las ramas son distintas, ya no es posible medir directamente el desfase ' mediante el voltaje en la resistencia anterior, ahora se debe comparar con el voltaje proporcionado por una resistencia despreciable de 1-10 conectada en serie con el generador de funciones (Regular el mando de V/DIV de ese canal del osciloscopio

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