Conceptos Fundamentales de Circuitos de CA
Magnitudes de una Señal de CA
Valor Instantáneo
Es el valor que toma la ordenada en un instante de tiempo cualquiera.
Valor Pico a Pico
Diferencia entre su valor máximo positivo y su valor máximo negativo. Normalmente es el doble del valor máximo de la onda.
Valor Medio
Valor del área que forma con el eje de las abscisas dividido por su periodo.
Valor Eficaz (RMS)
Expresa cuántos voltios de corriente continua (CC) equivalen a una forma de onda que varía en el tiempo en términos de su capacidad para producir energía promedio. Es decir, el valor eficaz es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en CC.
Capacitores en CA
En un circuito puramente capacitivo, la corriente se adelanta al voltaje en 90º.
Impedancia
La oposición que un elemento del circuito presenta a la corriente en el dominio de la frecuencia se define como su impedancia. Determinamos la impedancia a los elementos de los circuitos básicos R, C, L.
Potencia en un Circuito en Serie
La potencia disipada por cada resistor en un circuito dispuesto en serie contribuye a la potencia total presente en el circuito. La cantidad total de potencia presente en un circuito resistivo en serie es igual a la suma de potencias de cada resistor. Para circuitos en paralelo, la potencia total también es la suma de las potencias individuales.
Potencia en un Inductor
Un inductor guarda energía en su campo magnético cuando a través de él fluye corriente. Un inductor ideal no disipa energía, solo la guarda. Cuando se aplica un voltaje de CA a un inductor ideal, el inductor almacena energía durante una parte del ciclo y la libera en la otra.
Potencia Instantánea
El producto de V x I proporciona la potencia instantánea. Los valores de potencia positivos (+) indican que el inductor está guardando energía. Los valores de potencia negativos (-) indican que el inductor está devolviendo energía a la fuente.
Potencia Real (Activa)
En una bobina ideal, la potencia real es 0. Si consideramos la resistencia del conductor que forma la bobina, la misma disipa una energía en forma de calor muy pequeña que puede ser despreciada.
Potencia Reactiva
La rapidez a la cual un inductor guarda o regresa energía se conoce como su potencia reactiva. Su unidad es el VAR (Volt-Ampere Reactivo).
Factor de Calidad (Q) de una Bobina
Es la razón de la potencia reactiva presente en un inductor a la potencia real que hay en la resistencia del devanado de la bobina o en la resistencia dispuesta en serie con la bobina.
Potencia de un Capacitor
Un capacitor cargado almacena energía en el campo eléctrico dentro del dieléctrico. Un capacitor ideal no disipa energía, solo la guarda temporalmente. Cuando se aplica un voltaje de CA a un capacitor ideal, el capacitor almacena energía durante una parte del ciclo y la libera en la otra.
Potencia Instantánea
El producto de V x I es igual a la potencia instantánea. Los valores positivos de potencia indican que el capacitor se está cargando y los valores negativos indican que el capacitor está entregando energía a la fuente.
Potencia Real (Activa)
De manera ideal, toda la energía guardada por un capacitor en un ciclo retorna a la fuente en el ciclo siguiente, es decir, la potencia real es cero.
Potencia Reactiva
La razón a la cual un capacitor guarda o regresa energía se conoce como potencia reactiva.
Importancia de la Potencia Aparente
La potencia que se transfiere desde la fuente a la carga se conoce como potencia aparente y la misma se compone de dos componentes: una potencia activa y otra reactiva. En todos los aparatos eléctricos y electrónicos, la potencia activa es la que realiza el trabajo útil. La potencia reactiva se mueve alternadamente entre la fuente y la carga, sin realizar trabajo neto.
Inductor Básico
Cuando a un tramo de alambre se le da la forma de bobina, se convierte en un inductor. Los términos bobina e inductor son sinónimos. La corriente que fluye a través de la bobina produce un campo electromagnético.
Inductancia
Es una medida de la capacidad que tiene una bobina para establecer un voltaje inducido a consecuencia de un cambio en su corriente, y que dicho voltaje inducido actúe en dirección opuesta al cambio de corriente. La tensión inducida aumenta cuando aumenta su inductancia o bien cuando más rápido cambia la corriente en la bobina.
Características Físicas de un Inductor
- A: área de la sección transversal.
- L: longitud de la bobina.
- N: número de espiras.
- μ: permeabilidad del material del núcleo.
Ley de Faraday
La cantidad de voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional a la razón de cambio del flujo magnético con respecto a la bobina.
Ley de Lenz
Cuando la corriente que pasa a través de una bobina cambia, se crea un voltaje inducido a consecuencia del campo magnético cambiante, y la polaridad del voltaje inducido es tal que siempre se opone al cambio de corriente.
Campo Magnético
Un imán permanente tiene un campo magnético alrededor de él. El campo magnético consiste en líneas de fuerza que se irradian desde el polo norte hasta el polo sur, y de regreso al polo norte a través del material magnético. El grupo de líneas de fuerza que van del polo norte al sur se denomina flujo magnético. La unidad del flujo magnético es el Weber (Wb).
Densidad de Flujo Magnético
La cantidad de flujo por unidad de área, proporcional al campo magnético, se denomina densidad de flujo magnético. El electromagnetismo es la producción de un campo magnético por una corriente en un conductor.
Propiedades Electromagnéticas
Permeabilidad (μ)
La facilidad con que un campo magnético puede ser establecido en un material dado se mide mediante la permeabilidad de dicho material. Mientras más alta es la permeabilidad, más fácilmente se puede establecer un campo magnético.
Reluctancia
Es la oposición al establecimiento de un campo magnético en un material y es proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la permeabilidad y al área de la sección transversal.
Intensidad de Campo Magnético
Es la fuerza magnetomotriz por unidad de longitud de material.
Curva de Histéresis
La histéresis es una característica de un material magnético por la cual un cambio de magnetización se retrasa con respecto a la aplicación de la intensidad de campo magnético.