CIRCUITOS EN CORRIENTE ALTERNA. IMPEDANCIA,POTENCIA, FACTOR DE POTENCIA Y SU CORRECCIÓN

INTRODUCCION

Llamamos corriente alterna a aquella corriente cuya intensidad es una función sinusoidal del tiempo, es decir, una corriente que periódicamente cambia de dirección y sentido; por tanto, no es posible asociar una dirección Fija a la corriente en los circuitos de corriente alterna. La energía eléctrica que se obtiene de la red es alterna y de forma sinusoidal. Es el tipo de energía que proporcionan las maquinas generadoras de las centrales eléctricas.

La razón fundamental de que en la red se suministre corriente alterna en vez de continua se basa en que esta puede transformarse fácilmente (mediante transformadores) y reduce los costes de transporte y permite disponer fácilmente de diferentes valores de tensión según las aplicaciones. Puede transportarse a largas distancias a tensiones elevadas y corrientes bajas para reducir las pérdidas de energía en forma de calor

La razón entre Voltaje e Intensidad se define como impedancia Z. Las unidades de la impedancia en el S.I. son el ohmio (). Teniendo en cuenta la notación rectangular, las impedancias de los diferentes elementos son:

De una Resistencia: ZR = R + j0 Ω

De una Bobina: ZL = 0 + jwL Ω

De un Condensador: ZC = 0 + 1/ jwC = - j 1/wC Ω

En caso de corriente alterna (CA) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de la corriente que pasa a través del dispositivo.

Supongamos un receptor de carácter inductivo (caso más común) al que aplicamos una tensión v (t) de pulsación ω y valor de pico Vo:

Esto provocará una corriente i (t) retrasada un ángulo φ respecto de la tensión aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Mediante trigonometría, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces:

Se obtiene así para la potencia un valor constante, VIcos (φ) y otro variable con el tiempo, VIcos (2ωt - φ). Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.

En el diagrama de la Figura 1, podemos ver la relación existente entre las distintas potencias a considerar en corriente alterna, que son:

Figura 1.- Relación entre potencias activas, aparentes y reactivas

Potencia aparente (S), obtenida, como en corriente continua, de la fórmula:

Donde I es el valor eficaz de la intensidad de corriente alterna sinusoidal, V el valor eficaz de la tensión sinusoidal.

Debido a que cuando la carga no es puramente resistiva existe un desfase entre el voltaje y la intensidad la potencia aparente no puede expresarse en vatios, por lo que su valor se expresa en voltamperios (VA).

Potencia activa (P), obtenida de:

Donde, además de la tensión y corriente eficaces, se considera el ángulo de fase (φ) ó desfasaje entre la tensión y la corriente.

Al término cos φ se le denomina Factor de potencia.

Si I está en amperios y V en voltios P estará en vatios.

Potencia reactiva (Q) Esta otra potencia viene dada por la expresión:

La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil, es por ello que se dice que es una potencia que no produce vatios y se mide en voltamperios reactivos (VAR).

En esta práctica comprobaremos todo lo planteado anteriormente, el material utilizado será osciloscopio, generador de funciones, protoboard, multimetros, y resistencias, condensadores y bobinas de diferentes valores

Desarrollo de la práctica:

Calculo de la impedancia:

TEORICO:

Montamos el circuito siguiente para comprobar el valor de las impedancias ya conocidas para una resistencia, bobina y condensador

Calculamos la intensidad y el voltaje para calcular la impedancia 10-3

1/Ref=1/(220+2000╥(〖33.10〗^(-3) )j )+1/(220+2000╥(〖33.10〗^(-3) )j )

1/Ref=1/(220+207,34j )+1/(220+207,34j )

1/Ref=2/(220+207,34j )

2Ref=220+207,34j

Ref= (220+207,34j)/2

Ref=110+103,67j → 151, 15

Intensidad: V= I (ZR+ZL)

2= I (110+103, 67)

I= 2/(110+103,67j)

Pasamos a polar para poder dividirlo

I= 2/(151,15 )=13,23mA =13,23.10^-3

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