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Corriente Alterna, Apuntes, Acceso A Grado Superior

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  • CONSEJERA DE EDUCACIN

    ANEXO VII (continuacin)

    CONTENIDOS DE LA PARTE ESPECFICA DE LA PRUEBA DE ACCESO A CICLOS FORMATIVOS DE GRADO SUPERIOR

    PARTE ESPECFICA OPCIN B

    EJERCICIO DE ELECTROTECNIA

    3.. CIRCUITOS ELCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNAContenidos

    Corriente alterna. Tipos de corriente alterna. Produccin de un CA: frecuencia y periodo.Valores caractersticos de la CA. Ley de Ohm. Circuito con resistencia pura en CA. Circuito

    con bobina pura en CA. Circuito con condensador puro en CA.

    Anlisis de circuitos bsicos de CA. Circuitos serie RLC. Circuitos en resonancia. Mejora delfactor de potencia. Cadas de tensin en las lneas monofsicas.

    Sistemas polifsicos. Conexiones de un sistema trifsico. Valores de la potencia. Cargasestrella-tringulo. Mejora del factor de potencia.

    Criterios de evaluacin

    Reconocer los diversos tipos de CA y sus ventajas. Describir el comportamiento de los elementos puros RLC en CA y sus valores. Aplicar la Ley de Ohm en CA y calcular las magnitudes del circuito RLC. Resolver circuitos serie en CA. Distinguir y calcular los tres tipos de potencia en CA, as como seleccionar los sistemas para

    la correccin del factor de potencia y calcular la batera de condensadores.

    Calcular magnitudes elctricas en circuitos paralelos y mixtos de CA. Utilizar correctamente los diagramas fasoriales y sus magnitudes.

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  • Corriente alterna

    Introduccin. Definiciones.

    Una corriente alterna senoidal es aquella que

    cambia de sentido en el tiempo y que toma

    valores segn la funcin matemtica seno,

    repitindose de forma peridica.

    Esto significa que, a diferencia de la corriente

    continua, las la polaridad cambia peridicamente,

    circulando las cargas en un sentido durante un

    tiempo y el sentido contrario durante notro

    tiempo. Adems, el valor de la tensin toma

    distintos valores, tanto positivos como negativos

    en cada fraccin del tiempo.

    Caractersticas de la seal alterna

    A continuacin se indican otros valores

    significativos de una seal sinusoidal:

    - Frecuencia ( f ):

    Es el nmero de veces que se repite un ciclo en

    un segundo. Se mide en Hertzios [Hz], en

    Europa es de 50 Hz. Hay pases en los que la

    frecuencia es 60 Hz.

    f = 1 / T (Hz)

    - Perodo ( T ):

    Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo,

    en los pases donde la frecuencia es de 50 Hz

    el ciclo de la tensin de red es de 1/50 = 0,02 segundos, es decir, cada 20 ms se repite la forma de

    onda.

    Se representa con la letra T y se mide en segundos. T = 1 / f (seg.)

    - Valor instantneo ( V(t)):

    Es el valor que toma la seal (tensin o intensidad) en un instante, t, determinado.

    V(t) = Vmax * sen(w t)

    Donde w es la velocidad angular o pulsacin, medida en radianes por segundo:

    w = 2 rad/seg.

    - Valor mximo o amplitud (Vmax):

    Es el mximo valor que toma la seal en un periodo, coincide con el valor de cresta o picos de la

    seal. Ve representa por una letra mayscula con el subndice max.

    - Valor pico a pico (Vpp):

    Diferencia entre su pico o mximo positivo y su pico negativo.

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  • - Valor medio (Vmed):

    Valor del rea que forma con el eje de abcisas partido por su perodo. El valor medio se puede

    interpretar como la componente de continua de la onda sinusoidal. El rea se considera positiva si

    est por encima del eje de abcisas y negativa si est por debajo. Como en una seal sinusoidal el

    semiciclo positivo es idntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda

    sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el clculo integral se puede demostrar que su

    expresin es la siguiente:

    - Valor eficaz (V):

    Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorfico que su

    equivalente en corriente continua. Matemticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el

    tiempo, se define como la raz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantneos

    alcanzados durante un perodo

    En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean square, valor cuadrtico

    medio), y de hecho en matemticas a veces es llamado valor cuadrtico medio de una funcin. En el

    campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con

    magnitudes energticas se hacen con dicho valor. De ah que por rapidez y claridad se represente

    con la letra mayscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemticamente se demuestra

    que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresin:

    Ventajas de la seal alterna:

    Frente a la corriente continua, la alterna presenta las siguientes ventajas:

    - Los generadores de CA (alternadores) son ms eficaces y sencillos que los de CC (dinamos).

    - La tecnologa necesaria para el transporte de energa a grandes distancias es mucho ms

    econmica y accesible en alterna que en continua.

    - Los receptores de CA son ms numerosos y utilizables en casi todas las aplicaciones.

    - La conversin de CA en CC no presenta complicaciones.

    Adems, frente a otros tipos de onda, la seal senoidal tiene las siguientes propiedades:

    - La funcin seno se define perfectamente mediante su expresin matemtica.

    - Es fcil de operar.

    - Se genera en los alternadores sin grandes dificultades.

    - Su elevacin y reduccin, necesarias para reducir las prdidas de energa, se realiza con altos

    rendimientos y bajo coste mediante los transformadores.

    Componentes en C.A. Resistencia, Condensador y Bobina

    En corriente alterna existen componentes cuya oposicin al paso de corriente es proporcional a la

    frecuencia de la corriente, de forma que al variar esta presentan un valor de resistencia distinto.

    A esa resistencia, que es variable con la frecuencia, se le llama impedancia ( Z ) y suele estar

    constituida por dos trminos: la resistencia, que no vara con la frecuencia y la reactancia ( X ) que

    es el trmino que indica la resistencia que presenta un determinado componente para una

    frecuencia . Se cuantifica mediante un nmero complejo:

    Z = R + jX

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  • En el que:

    Z es la impedancia del elemento en alterna medida en

    R es la resistencia del elemento en alterna medida en

    X es la reactancia del elemento en alterna medida en

    La reactancia del elemento recibe el nombre de inductancia ( XL ) cuando es producida por una

    bobina y capacitancia ( XC ) cuando la produce un condensador. Ambas reactancias dependen de un

    valor caracterstico del elemento (el coeficiente de autoinduccin L en las bobinas y la capacidad C

    en los condensadores) y de la frecuencia, valiendo:

    A continuacin veremos la diferencia entre ambas.

    Circuito con resistencia pura.

    Una resistencia pura, conectada a un generador de

    corriente alterna, la tensin y la intensidad se

    encuentran en fase entre ellas, por lo que su

    comportamiento es igual al de una corriente continua

    del mismo valor eficaz. As, para calcular la

    intensidad podemos aplicar la ley de Ohm sin

    restricciones:

    Circuito con bobina pura.

    La mayor parte de los receptores estn formados por bobinas, especialmente en aquellos en los que

    sea necesaria la produccin de un campo magntico, (motores, transformadores, fluorescentes,

    electroimanes, etc). En la mayora de los casos se desprecia la parte resistiva de la bobina y se

    considera solo la parte inductiva (XL).

    Cuando una bobina se conecta a una fuente de

    corriente alterna se origina un desfase de 90 grados

    entre la tensin y la intensidad, adelantndose la

    tensin a la intensidad . La intensidad puede

    calcularse mediante la ley de Ohm, sustituyendo la

    resistencia por la reactancia inductiva:

    En corriente continua la bobina se comporta como un conductor de muy baja resistencia, ya que al

    no existir variacin de campo magntico por tratarse

    de una tensin continua, no se produce fuerza

    contraelectromotriz que se oponga a la intensidad.

    Circuito con condensador puro.

    Cuando un condensador de conecta a una red de

    corriente alterna, ocurre similar a cuando se conecta

    una bobina, pero en este caso es la intensidad la que

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  • se adelanta a la tensin un valor de 90 grados.

    De la misma forma puede calcularse la intensidad mediante la ley de Ohm, sustituyendo la

    resistencia por la reactancia capacitativa:

    Potencia en sistemas alternos. El factor de potencia.

    En corriente alterna la potencia entregada depende de la naturaleza de la carga conectada al

    circuito y ms concretamente del desfase que p