Análisis de Corriente Alterna Unidad 8

Rosa Andrea C 201403834

Facultad de Ingeniería Ingeniería Eléctrica

Universidad de San Carlos

ÍNDICE

I. Definición .................................................................................................................... 5

Característica principal ............................................................................................... 5

Ejemplo para comprender ........................................................................................... 5

II. Valores medio y eficaz ................................................................................................ 6

Valor medio ................................................................................................................ 6

Valor eficaz ................................................................................................................. 6

III. Respuesta de los elementos R, L y C a la CA ......................................................... 7

Resistencia ................................................................................................................. 7

Condensador o capacitor ........................................................................................... 7

Bobina ........................................................................................................................ 8

IV. Variación de la impedancia en función de la frecuencia .......................................... 8

V. Resonancia ................................................................................................................. 8

VI. Análisis fasorial de circuitos monofásicos ................................................................ 9

VII. Potencia en CA y mejoramiento del factor de potencia ........................................... 9

Potencia ..................................................................................................................... 9

Factor de potencia ...................................................................................................... 9

Causas del bajo factor de potencia ........................................................................... 10

Consecuencias del bajo factor de potencia .............................................................. 10

Mejoramiento del factor de potencia ......................................................................... 10

VIII. Sistemas trifásicos. ............................................................................................... 10

Comparación con el monofásico ............................................................................... 11

INTRODUCCIÓN

A continuación se dará a conocer los conceptos relacionados con la corriente alterna,

como primer punto se definirá que es la corriente alterna, la corriente alterna está

representada como una onda senoidal, los electrodomésticos usados en las casas

trabajan con corriente alterna. Se puede definir a la corriente alterna como durante un

instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante

siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posea

esa corriente.

Dentro de los conceptos de corriente alterna, se definirá; Valores medio y eficaz,

respuesta de los elementos R, L y C a la CA, variación de la impedancia en función de la

frecuencia, resonancia, análisis fasorial de circuitos monofásicos, potencia en CA y

mejoramiento del factor de potencia, sistemas trifásicos. Por lo tanto, se abarcará de una

manera muy completa el concepto de corriente alterna.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

- Comprender el concepto de corriente alterna

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Aprender a que se refiere con valor medio y valor eficaz.

CORRIENTE ALTERNA

I. DEFINICIÓN Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.

Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes). En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (número de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 60 veces por segundo (frecuencia 60Hz). Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varía con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), no es constante. Veamos cómo es la gráfica de la

tensión en corriente alterna.

Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión.

CARACTERíSTICA PRINCIPAL

- Es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.

EJEMPLO PARA COMPRENDER Si hacemos que una pila gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia

dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundo.

Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo por segundo o Hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos por segundo o Hertz (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene. Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal.

II. VALORES MEDIO Y EFICAZ

VALOR MEDIO Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos los valores instantáneos de tensión (o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo.

En una corriente alterna senoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con los negativos.

Vm = 0

En cambio, durante medio periodo, el valor medio

es siendo V0 el valor máximo.

VALOR EFICAZ Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia.

Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (I0). Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre ella. A continuación, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma potencia sobre esa misma resistencia. A este último valor, se le llama valor eficaz de la primera corriente (la alterna).

Para una señal senoidal, el valor eficaz de la tensión es:

Del mismo modo para la corriente la potencia eficaz resultará ser:

, Es decir que es la mitad de la potencia máxima (o potencia de pico)

La tensión o la potencia eficaz, se nombran muchas veces por las letras RMS. O sea, el decir 10 VRMS ó 15 WRMS significarán 10 voltios eficaces ó 15 watios eficaces, respectivamente.

III. RESPUESTA DE LOS ELEMENTOS R, L Y C A LA CA

RESISTENCIA

CONDENSADOR O CAPACITOR

BOBINA

IV. VARIACIÓN DE LA IMPEDANCIA EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA

Comportamiento de XL y XC en función de ω

Un circuito eléctrico con elementos como inductores y capacitores va a responder de forma distinta según la frecuencia, ya que los módulos de sus reactancias son

XL=w*L y XC= 1/(w*C)

|XL| se va a comportar como un circuito abierto a frecuencia infinita y como cortocircuito a frecuencia cero; en cambio la reactancia capacitiva va a comportarse como

cortocircuito a frecuencia infinita y como un circuito abierto a frecuencia cero. Como respuesta a la frecuencia se entiende la respuesta de un determinado circuito al variar la frecuencia. Cuando el circuito posee resistencias, inductancias y capacitancias o solo inductancias y capacitancias aparecerá el fenómeno de resonancia. Este hecho de poder controlar la respuesta según la frecuencia puede ser utilizada para la realización de filtros los cuales rechazan unas frecuencias y dejan pasar otras.

V. RESONANCIA Cuando en un circuito aparecen reactancias capacitivas e inductivas se da el fenómeno de resonancia. Para los circuitos anteriores la máxima salida del circuito se da con frecuencia cero o con frecuencia infinita, cuando aparecen las dos reactancias juntas, la salida va a ser máxima a

una frecuencia intermedia establecida por el valor de los elementos de la red.

VI. ANÁLISIS FASORIAL DE CIRCUITOS MONOFÁSICOS

Sea la magnitud senoidal

Y y (t) se le puede asociar un vector y (fasor), y así

Si este fasor girase con una velocidad angular constante, su argumento en el instante t

seria .

Luego la proyección horizontal de este fasor, girando con velocidad angular, es

igual al valor instantáneo de y (t) dividido por √2

Para manipular el fasor �̅� se usaran números complejos:

VII. POTENCIA EN CA Y MEJORAMIENTO DEL FACTOR DE POTENCIA

POTENCIA

FACTOR DE POTENCIA Es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Esta definida por la siguiente ecuación:

𝐹𝑃 =𝑃

𝑆

El factor de potencia expresa en términos generales, el desfasamiento o no de la corriente con relación al voltaje y es utilizado como indicador del correcto aprovechamiento de la energía eléctrica. El factor potencia esta comprendido entre 0 y 1, siendo el 1 el máximo aprovechamiento de energía eléctrica.

CAUSAS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA Las cargas inductivas son el origen del bajo factor de potencia ya que son cargas no lineales que contaminan la red eléctrica.

CONSECUENCIAS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA 1. Incremento de las perdidas por efecto joule 2. Sobre carga de transformadores generadores y líneas de distribución 3. Aumento de caída de tensión 4. Incremento de facturación eléctrica

MEJORAMIENTO DEL FACTOR DE POTENCIA Para lograr mejorar el factor de potencia es necesario distribuir las unidades capacitivas, dependiendo su uso, en el lado del usuario del medidor de potencia.

Existen varios métodos entre los cuales destacan la instalación de capacitores eléctricos, o bien la aplicación de motores sincrónicos que finalmente actúan como capacitores.

VIII. SISTEMAS TRIFÁSICOS. Un generador trifásico de tensión está compuesto por:

Una parte fija o estator, constituido por un paquete de chapas magnéticas que conforman un cilindro con una serie de ranuras longitudinales, que en el caso que analizaremos presenta la cantidad mínima que es de 6 ranuras. Sobre cada par de ranuras opuestas se colocan los lados de una bobina, cuyos principios y fin tienen la siguiente designación:

1. Bobina 1: u - x 2. Bobina 2: v – y 3. Bobina 3: w – z

Las bobinas son constructivamente iguales, con el mismo número de espiras y con una distribución geométrica tal que sus ejes magnéticos forman un ángulo de 120 °.

Una parte móvil o rotor, que está ubicada dentro del estator y que consiste de un electroimán alimentado por corriente continua. El giro de dicho rotor se produce mediante una máquina impulsora (Motor diesel, turbina de vapor, de gas, hidráulica, eólica) que mantiene una velocidad angular constante

COMPARACIÓN CON EL MONOFÁSICO

CONCLUSIONES

1. Corriente alterna comúnmente utilizada en las instalaciones eléctricas de las casas. La corriente eléctrica se representa con una onda senoidal, la cual se refiere que durante un lapso de tiempo cambia de polo de positivo a negativo y así se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente.

2. Un valor medio en la corriente alterna de una tensión (o corriente) a la media aritmética de todos los valores instantáneos de tensión (o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo. también se puede definir que una corriente alterna senoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con los negativos.

É-GRAFÍA

UCLM. (2007). Recuperado el 20 de Octubre de 2015, de

https://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/CursoAB2007/Impedancias%20vs%20frecuencia.pdf

Tecnología. (2012). Recuperado el 20 de Octubre de 2015, de Corriente alterna y corriente directa : http://www.areatecnologia.com/corriente-continua-alterna.htm

Equiza, A. (2005). RESPUESTA A LA FRECUENCIA. Recuperado el 09 de Octubre de 2015, de http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/tcieye/Apuntes/RespFrecuencia%20_%20Rev2005.pdf