Análisis de excitación en CA y CD

1.3 Análisis de excitación en CA y CD

La excitación está compuesta por los elementos del circuito que aportan energía, es decir, las fuentes ó también lo pueden ser para lapsos cortos, las bobinas y los capacitores (debido a la energía acumulada en sus campos respectivos.

En un circuito de CD la potencia suministrada a la carga de CD es simplemente el producto del voltaje a través de la carga y el flujo de corriente que pasa por ella:

P=VI

Excitación en CA

Desafortunadamente, la situación en los circuitos de CA sinusoidales es más compleja. Es mas compleja, debido a que puede haber una diferencia de fase entre el voltaje y la corriente de CA suministrada a la carga, la potencia instantánea que se proporciona a una carga de CA también es el producto del voltaje y de la corriente instantánea, pero la potencia promedio suministrada a la carga se ve afectada por el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente.

Se tiene una fuente de voltaje monofásico que proporciona potencia a una carga monofásica. El voltaje suministrado a esta carga es:

V(t)=√2.Vcosωt

Donde V es el valor rms (valor eficaz del voltaje o corriente) del voltaje suministrado a la carga, y el flujo de corriente resultante es:

i(t)=√2.Icos(ωt-θ)

Donde el valor I es el valor rms de la corriente que fluye a través de la carga. La potencia suministrada a esta carga en el tiempo t es:

P(t)=v(t)i(t)=2VIcosωt.cos(ωt-θ)

El ángulo θ en esta ecuación es el ángulo de impedancia de la carga.

Potencia reactiva

Nótese que el segundo término de la expresión de potencia instantánea es positivo la mitad del tiempo y negativo la otra mitad, así que la potencia promedio suministrada por este termino es cero. Este término representa la potencia que se transfiere primero de la fuente a la carga, y luego regresa de la carga a la fuente. La potencia que se intercambia continuamente entre la fuente y la carga se conoce como potencia reactiva (Q). La potencia reactiva de una carga esta dada por:

Q=V Isenθ

Donde θ es el ángulo de impedancia de la carga.

Potencia aparente

la potencia aparente (S) suministrada a una carga se define como el producto del voltaje a través de la carga. Esta es la potencia que “parece” ser suministrada a la carga si se ignoran las diferencias de ángulo de fase entre el voltaje y la corriente. Por lo tanto, la potencia aparente de una carga esta dada por:

S= VI

Las unidades de la potencia aparente son volt-amperes (VA), donde 1VA=1V X 1A

Potencia Compleja

Por sencillez en los cálculos computacionales, las potencias real y reactiva a veces se representan juntas como potencia compleja S, donde:

S = P+ jQ

Excitación de corriente continúa:

Primero se considerará un inducido a colector alimentado con corriente continua a través de un par de escobillas diametrales; como es habitual las mismas se representan simbólicamente ubicadas de forma tal que ambas definen el eje magnético del arrollamiento:

Como estos arrollamientos, salvo en máquinas muy pequeñas, poseen muchas bobinas y están muy distribuidos, se puede considerar que la corriente está uniformemente distribuida en la superficie del inducido, formando una capa de corriente, esto da una variación continua de la fuerza magneto motriz en el entrehierro, dando una onda triangular y no la clásica forma escalonada.

Para representar la distribución espacial de fuerza magnetomotriz conviene dibujar el inducido desarrollado y para completar el circuito magnético también se incluye el estator, suponiendo un entrehierro equivalente g constante:

La amplitud de la fmm desarrollada resulta:

Fmáx = Número de conductores por semipolo ⋅ corriente en cada conductor

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