Circuitos AC

INTRODUCCIÓN

En este trabajo colaborativo se hará un repaso de los circuitos básicos, formados por resistencias (R), condensadores (C) y bobinas (L), cuando se alimentan por una fuente de tensión alterna senoidal. En corriente alterna aparecen dos nuevos conceptos relacionados con la oposición al paso de la corriente eléctrica. Se trata de la reactancia(X) y la impedancia (L). Un circuito presentará reactancia si incluye condensadores y/o bobinas. La naturaleza de la reactancia es diferente a la de la resistencia eléctrica. En cuanto a la impedancia decir que es un concepto totalizador de los de resistencia y reactancia, ya que es la suma de ambos. Es por tanto un concepto más general que la simple resistencia o reactancia.

Estar desfasado o corrido Significa que el valor máximo del voltaje aparece 90° después que el valor máximo de la corriente Entonces se dice que el voltaje está atrasado con respecto a la corriente o lo que es lo mismo, que la corriente está adelantada a la tensión o voltaje

Si se multiplican los valores instantáneos de la corriente y el voltaje en un capacitor se obtiene una curva sinusoidal (del doble de la frecuencia de corriente o voltaje), que es la curva de potencia. (Acordarse que: P = I x V, Potencia = Corriente x Voltaje

IMPEDANCIA, RESISTENCIA, REACTANCIA INDUCTIVA Y ÁNGULO DE FASE.

La resistencia es el valor de oposición al paso de la corriente (sea directa o alterna) que tiene el resistor o resistencia

La reactancia es el valor de la oposición al paso de la corriente (solo corriente alterna) que tienen los condensadores (capacitores) y las bobinas (inductores).

En este caso existe la reactancia capacitiva debido a los condensadores y la reactancia inductiva debido a las bobinas.

Cuando en un mismo circuito se tienen estos elementos combinados (resistencias, condensadores y bobinas) y por ellas circula corriente alterna, la oposición de este conjunto de elementos al paso de la corriente alterna se llama: impedancia

La impedancia tiene unidades de Ohmios (Ohms). Y es la suma de una componente resistiva (debido a las resistencias) y una componente reactiva (debido a las bobinas y los condensadores).

Z = R + j X

La jota (j) que precede a la X, nos indica que ésta (la X) es un número imaginario. No es una suma directa, es una suma fasorial (suma de fasores)

El desfase que ofrece una bobina y un condensador son opuestos, y si estos llegaran a ser de la misma magnitud, se cancelarían y la impedancia total del circuito sería igual al valor de la resistencia. (ver la fórmula anterior) La fórmula anterior se gráfica:

Se puede ver que las reactancias se grafican en el eje Y (el eje imaginario) pudiendo dirigirse para arriba o para abajo, dependiendo de si es mas alta la influencia de la bobina o el condensador y las resistencias en el eje X. (solo en la parte positiva del eje X). El valor de la impedancia (la línea diagonal) será:

Z = (R2 + X2)1/2

Z (impedancia) = raíz cuadrada de: (la suma de: (la resistencia al cuadrado y la reactancia al cuadrado))

Nota: lo que hay en el paréntesis elevado a la 1/2 es equivalente a la raíz cuadrada

En la figura siguiente se muestra un circuito de corriente alterna que contiene una resistencia (o resistor), un inductor y un capacitor conectados en serie. A este se le denomina circuito RLC en serie, por los elementos que lo constituyen y que están conectados en serie. Cuando se conectan en paralelo recibe el nombre de circuito RLC en paralelo.

Circuito de corriente alterna en serie en el que existe resistencia (R), inductancia (L), y capacitancia (C).

Cuando se desea conocer cuál es el valor de la resistencia total en un circuito debido a la resistencia, al inductor y al capacitor, se determina su impedancia. Por definición: en un circuito de corriente alterna la impedancia (Z) es la oposición total a la corriente eléctrica producida por R, XL y XC. Matemáticamente Z se expresa como:

____________

Z = √R2 + (XL + XC)2

Donde Z = impedancia del circuito en Ohms (Ω).

R = resistencia debida al resistor en Ohms (Ω).

XL = reactancia inductiva en Ohms (Ω).

XC = reactancia capacitiva en Ohms (Ω).

De acuerdo con la Ley de Ohm para una corriente continua tenemos que:

I = V

R

En el caso de una corriente alterna (CA) se sustituye por Z:

I = V

Z

Donde I = intensidad de la corriente en un circuito de CA expresada en amperes (A).

V = fem o voltaje suministrado por el generador medida en volts (V).

Z = impedancia del circuito calculado en Ohms (Ω).

En un circuito en serie las relaciones entre R, XL, XC y su valor resultante Z (es decir la impedancia), se pueden representar en forma gráfica al considerar a las magnitudes anteriores como vectores.

En la figura siguiente vemos lo siguiente: La resistencia R se representa por medio de un vector sobre el eje de las X, la reactancia inductiva XL es un vector en el eje positivo de las Y la reactancia capacitiva XC es un vector negativo localizado sobre el mismo eje Y. El vector resultante de la reactancia X = XL-XC y la resistencia R originada por los alambres del circuito y el devanado de la inductancia, está representado por la impedancia Z.

Representación gráfica de las relaciones entre la resistencia (R) y la reactancia: X = XL-XC, y su valor resultante Z o impedancia.

Como ya señalamos, cuando la capacitancia y la inductancia de un circuito de CA no tienen valores relativamente pequeños, producen diferencias de fase o retardos entre la corriente y el voltaje. Cuando la reactancia inductiva XL es mayor que la reactancia capacitiva XC, la corriente fluye con un desfasamiento respecto al voltaje recibido. En caso contrario, cuando XC es mayor que XL , la corriente fluye con un adelanto respecto al voltaje.

Para determinar cuál es el valor del retraso o adelanto de la corriente respecto al voltaje, se determina el ángulo de fase θ (figura anterior), el cual se calcula con la siguiente expresión:

Tan θ = X

R

Donde θ = ángulo formado por los vectores Z y R.

X = reactancia del circuito (X = XL-XC) expresado en Ohms (Ω).

R = resistencia total del circuito medida en Ohms (Ω).

. ¿Qué significa estar desfasado o corrido?

Significa que el valor máximo del voltaje aparece 90° después que el valor máximo de la corriente.

En

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