IES “Luis Vélez de de Guevara”
CPPA CFGS – Parte Parte específica Electrotécia Electrotécia !" #$ Circuitos eléctricos de corriete altera
UD 3: CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA CONTENIDOS •
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Corriente alterna. Tipos de corriente alterna. Producción de un CA: f recuencia y periodo. Valores característicos de la CA. Ley de Ohm. Circuito con resistencia pura en CA. Circuito con bobina pura en CA. Circuito con condensador puro en CA. Análisis de circuitos circuitos básicos básicos de CA. Circuitos serie serie LC. Circuitos Circuitos en resonancia. resonancia. !e"ora del factor de potencia. Caídas de tensión en las líneas monofásicas. #istemas polifásicos. Cone$iones de un sistema trifásico. Valores de la potencia. Car%as estrella&trián%ulo. estrella&trián%ulo. !e"ora del f actor de potencia.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN •
econocer los di'ersos tipos de CA y sus 'enta"as.
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(escribir el comportamiento de los elementos puros LC en CA y sus 'alores.
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Aplicar la Ley Ley de Ohm en CA y calcular calcular las ma%nitudes ma%nitudes del circuito circuito LC. esol'er circuitos serie en CA. (istin%uir (istin%uir y calcular los tres tipos de potencia en CA) así como seleccionar los sistemas para la corrección del factor de potencia y calcular la batería de condensadores.
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Calcular ma%nitudes el*ctricas en circuitos paralelos y mi$tos de CA.
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+tili,ar correctamente los dia%ramas fasoriales y sus ma%nitudes. ma%nitudes.
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1. CORRIENTES ALTERNAS 1.1. GENERACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA La %eneración de una fuer,a electromotri, alterna) se produce por el simple hecho de mo'er una espira conductora dentro de un campo ma%n*tico. -sta f.e.m. cambia de sentido a inter'alos de tiempo i%uales y 'a tomando 'alores absolutos diferentes) se%n su posición dentro del campo ma%n*tico) produciendo siempre unos 'alores proporcionales a los senos de los án%ulos %irados por la espira. -l fenómeno se produce) en su forma elemental) como se indica en la fi%ura:
-l 'alor de la f.e.m. inducida depende: •
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(e la 'elocidad relati'a del campo ma%n*tico y del conductor & (e la intensidad del campo ma%n*tico (el tiempo /ue dure la 'ariación del flu"o.
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1.2. REPRESENTACIÓN SENOIDAL Y VECTORIAL Puesto /ue la f.e.m. inducida) es proporcional al seno de los án%ulos %irados por la bobina /ue se mue'e dentro del campo ma%n*tico) la cur'a /ue representa dicha función es una sinusoide. Por tanto) la forma de representar a la corriente o f.e.m. alterna es la si%uiente sinusoide:
Tambi*n podemos representar a la corriente alterna por un 'ector) en este caso será un 'ector li%ado OA /ue %ira en sentido contrario al de las a%u"as del relo" con una 'elocidad an%ular 0123f ) siendo: •
0: 'elocidad an%ular 4rad5se%6
•
f: frecuencia 47,5se%.6
-n esta forma 'ectorial el módulo OA representa el 'alor má$imo de la fuer,a electromotri, 4-
6
ma$
-l 'alor instantáneo será: •
•
Aa 1 -ma$ sen 0t -i 1 OA 1 -ma$ sen 0t
-n una representación u otra) en dicha función seno se define: •
Periodo (T): -s el tiempo /ue tarda la intensidad o fuer,a electromotri, 4f.e.m.6 alterna en tomar todos los 'alores instantáneos de un ciclo. 4-n %eneral) es el tiempo /ue tarda la espira en %irar una 'uelta completa entre los polos del imán6.
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re!"e#!i$ (%): -s el nmero de períodos comprendido en un se%undo. #e e$presa en períodos o ciclos por se%undo) aun/ue su 'erdadera unidad es el 7ert,io 47,6. -n -spa8a la comente altema es de 9 7,. Así podemos decir:
T 1 ;5f
f1 ;5T
2. TENSIÓN ALTERNA Como se ha 'isto la tensión da lu%ar a /ue circule la corriente el*ctrica por un circuito. Al contrario /ue la tensión continua) la tensión alterna cambia continuamente de ma%nitud y sentido a inter'alos periódicos.
2.1. &AGNITUD DE LA TENSIÓN ALTERNA +nidad de medida: 'oltio 4V6. %%%&'a(iadovelez&%ordpress)co'
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Para medir y comparar tensiones alternas no se hace uso de sus 'alores instantáneos pues *stos son 'ariables. Por ello se recurre a otros dos 'alores /ue son constantes< *stos son los 'alores medios y eficaces. •
Valor medio
•
Valor efica,
La ma%nitud de la tensión alterna se da fundamentalmente en 'alores eficaces) llamados tambi*n acti'os.
3. INTENSIDAD ALTERNA +nidad de medida: amperio4A6. =a /ue como se ha 'isto anteriormente la corriente alterna es ori%inada por la tensión alterna) su intensidad se representa %ráficamente de i%ual forma y sus 'alores má$imos) medios y eficaces %uardan la misma relación /ue la tensión alterna.
3.1. DESASE ENTRE INTENSIDAD Y TENSIÓN ALTERNA #i la intensidad alcan,a el 'alor ) es decir el punto de transición entre los 'alores positi'os y ne%ati'os) al mismo tiempo /ue la tensión /ue la produce) se dice /ue ambas están en fase. #i no se da esta circunstancia se dice entonces /ue ambas están desfasadas.
Las causas del desfase se deben a las propiedades el*ctricas especiales de las distintas resistencias /ue pueden encontrarse en un circuito de corriente alterna 4>obinas y condensadores6.
'. RESISTENCIAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA Los receptores conectados a un circuito de corriente altema oponen una cierta resistencia el*ctrica. -n corriente alterna se distin%uen tres clases de resistencias: •
esistencia óhmica) representada por 4resistencias puras6.
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esistencia inducti'a) representada por ?L 4bobinas6.
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esistencia capaciti'a) representada por ? C 4condensadores6.
La 'aloración de cada una de ellas se reali,a en ohmios.
'.1. RESISTENCIA Ó&ICA (R) #e entiende por resistencia óhmica de un receptor la /ue produce el mismo efecto calorífico en un circuito de comente continua /ue en otro de corriente altema) en i%ualdad de condiciones. La ener%ía suministrada a estos receptores) %eneralmente se transforma en calor) tal es el caso de las lámparas incandescentes) estufas y cocinas el*ctricas. #i en un circuito de corriente alterna sólo se encuentran conectados receptores con resistencia óhmica) no se produce nin%n desfase entre la tensión y la intensidad eficaces) cumpli*ndose la Ley de Ohm.
'.2. RESISTENCIA INDUCTIVA (L) #i se conecta una bobina a un circuito de corriente continua) tambi*n se cumple la Ley de Ohm y la corriente /ue circula por el mismo es directamente proporcional a la tensión aplicada en sus e$tremos) e in'ersamente a la resistencia óhmica /ue presenta. -sto /uiere decir /ue con corriente contínua) la bobina se comporta como una resistencia óhmica. #in embar%o) si la misma bobina se conecta a un circuito de corriente alterna de la misma ma%nitud /ue la continua) su comportamiento el*ctrico es distinto. -n efecto) en la bobina se produce una fuer,a contraelectromotri, 4inducida6 de sentido contrario a la electromotri, aplicada al circuito. A causa de ello disminuye la tensión efica,) al mismo tiempo /ue se reduce la intensidad. -l efecto /ue se produce es como si la resistencia hubiese aumentado. -ste efecto de resistencia se denomina en corriente alterna) resistencia inducti'a o reactancia) /ue al i%ual /ue las resistencias óhmicas se e$presa en ohmios. #u 'alor se calcula por la fórmula :
L * 2 + % L * L , f : frecuencia L: coeficiente de autoinducción medido en henrios 4depende del numero de 'ueltas de la espira) del tama8o del alambre) del diámetro de la bobina) del material de ncleo) etc.6. 0: 'elocidad an%ular 4rad5se%6 0 1 2 3 f Las resistencias inducti'as conectadas en circuitos de corriente alterna no consumen ener%ía pero sí pro'ocan un desfase entre la tensión y la intensidad) en la cual la intensidad siempre aparece retrasada respecto a la tensión.
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'.3. RESISTENCIA CAPACITIVA (C) -l efecto del condensador en corriente alterna) es opuesto al de la bobina. Conectando un condensador a un circuito de corriente alterna presenta la particularidad de /ue se car%a y descar%a en cada cambio de sentido de la corriente. -l 'alor de la resistencia de capacidad o capacitancia en ohmios 'iene dado por la fórmula:
f : frecuencia C: capacidad del condensador medida en faradios 0: 'elocidad an%ular 4rad5se%6 0 1 2 3 f Los condensadores conectados a un circuito de corriente alterna no consumen ener%ía pues la /ue toman de la red la de'uel'en despu*s) pero si pro'ocan tambi*n un desfase entre la tensión y la intensidad. Al contrario /ue en las resistencias inducti'as) en las capaciti'as la intensidad se adelanta respecto a la tensión.
'.'. CIRCUITOS CON RESISTENCIA- INDUCTANCIA Y CAPACITANCIA Cuando en un mismo circuito de corriente altema se conectan 'arias resistencias) reactancias inducti'as 4bobinas6 y reactancias capaciti'as 4condensadores6 el es/uema final) se puede reducir al de la fi%ura en el cual la fuer,a electromotri, aplicada V) será i%ual a la suma de las caídas de tensión producidas en las resistencias) bobinas y condensadores:
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-n este circuito) puede ir la comente en fase con la tensión o puede ir adelantada o retrasada se%n predomine la reactancia inducti'a o la capaciti'a. •
@ntensidad efica,:
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será la impedancia del circuito y 'ale:
•
Cuando ?L1?C) se dice /ue el circuito está en resonancia
. POTENCIA ELÉCTRICA EN CORRIENTE ALTERNA La potencia el*ctrica se determinaba por la fórmula P 1 V $ @) /ue se cumplía siempre /ue inter'enía la corriente continua) y en corriente altema) sólo en el caso de circuitos en los /ue se encontraban conectadas resistencias óhmicas 4lámparas incandescentes6) lo cual se debe a /ue dicha resistencia) como se ha 'isto no produce desfase entre la tensión e intensidad eficaces) por lo /ue su producto da el 'alor de la potencia absorbida en cada instante. La potencia media de cada período será el resultado de la suma de todas las potencias instantáneas di'idida por la duración del período.
-n la fi%ura se representa %ráficamente la cur'a de la potencia absorbida en función del tiempo) por un receptor con solo resistencia óhmica alimentada con comente alterna. -s de obser'ar /ue la cur'a se encuentra siempre en el lado positi'o) por/ue cuando son positi'as las ondas de la tensión e intensidad) la potencia producto de ambas es positi'a) y cuando son ne%ati'as tambi*n es positi'a) pues el producto de menos por menos es i%ual a más. Cuando en el circuito se encuentra conectada una bobina o condensador cuya cur'a de potencia absorbida se representa en la si%uiente fi%ura) resulta /ue durante el tiempo en /ue son de i%ual si%no los 'alores de la tensión e intensidad 4los dos positi'os o los dos ne%ati'os6) la potencia es %%%&'a(iadovelez&%ordpress)co'
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positi'a) /uedando la parte de la potencia correspondiente en el lado positi'o. -n cambio durante los instantes en /ue son de distinto si%no 4uno positi'o y otro ne%ati'o6) el producto resultante es ne%ati'o y la parte de la cur'a /ueda en el lado ne%ati'o.
La potencia efecti'a /ueda reducida al restarle las ,onas ne%ati'as.
/. POTENCIAS EN CORRIENTE ALTERNA /.1. POTENCIA APARENTE (S) ecibe el nombre de potencia aparente de un circuito de corriente alterna) el producto de los 'alores eficaces de la tensión y de la intensidad de corriente.
S*V0I La unidad de potencia aparente es el 'oltiamperio 4VA6. La potencia aparente es una ma%nitud puramente matemática y por si sola no dice nada sobre la potencia el*ctrica absorbida por un receptor) pues en su 'alor inter'iene tambi*n la parte de potencia /ue *ste de'uel'e sin apro'echamiento al %enerador.
/.2. POTENCIA ACTIVA (P) #e denomina potencia acti'a de un circuito de corriente alterna a la /ue realmente absorbe un receptor para reali,ar un traba"o.
P * V0 I 0 !o La unidad de potencia acti'a es el 'atio 4B6. Al factor cos ) /ue representa el desfase entre tensión e intensidad) se le llama factor de potencia y puede tomar 'alores entre y ;. Por la potencia acti'a se calcula el precio de la ener%ía el*ctrica consumida /ue el cliente tiene /ue abonar a la compa8ía el*ctrica.
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/.3. POTENCIA REACTIVA () Por lo %eneral sólo una parte de la potencia aparente se traduce en potencia realmente til. Dueda an otra parte de potencia aparente /ue no es apro'echada por el receptor y a la /ue se denomina potencia reacti'a.
* V0 I 0 e# La unidad de potencia reacti'a es el VAr 4'oltiamperio reacti'o6. La potencia reacti'a no /ueda re%istrada en el contador de ener%ía acti'a.
/.'. TRI4NGULO DE POTENCIAS
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factor de potencia 4fdp6: cos
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