Corriente alterna, parámetros importantes
Señales periódicas:
Son
aquellas que luego de pasar por una serie de valores con una dada secuencia,
vuelven a repetirse esos mismos valores con igual secuencia en forma cíclica. Dicho
de otro modo es la forma de onda que se repite con la misma duración.
Forma de onda:
Trayectoria trazada por una variable en función
de otra. Algunos ejemplos son tensión en función del tiempo, corriente en
función del tiempo, etc. Y las formas de ondas pueden ser senoidales,
triangulares, cuadradas, etc. Nosotros nos enfocaremos principalmente a la
forma de onda senoidal.
Frecuencia:
Se define como frecuencia de una señal al número
de ciclos por segundo. En el sistema SI, su unidad es el Hertz (Hz, nombrado en honor
del investigador pionero Heinrich Hertz, 1857-1894). Por definición 1Hz = un
ciclo por segundo.
Periodo:
El periodo
T de señal, es la duración de un ciclo. Dicho de
otro modo es el tiempo que debe transcurrir para abarcar un juego completo de
valores de una señal periódica. Es el inverso de la frecuencia. Observe que
esta definición es independiente de la forma de onda.
Valor instantáneo:
Es el valor que toma una señal para un determinado tiempo. Dicho de otra manera es la magnitud de una forma de onda en cualquier instante. Para el caso de una señal de tensión el valor del voltaje en cualquier punto de la forma de onda se conoce como valor instantáneo. Por ej. si tengo la señal v(t)=Vm sen (2π50t) y quiero saber el valor para t = T (periodo) la forma de calcularlo es:
Es el valor que toma una señal para un determinado tiempo. Dicho de otra manera es la magnitud de una forma de onda en cualquier instante. Para el caso de una señal de tensión el valor del voltaje en cualquier punto de la forma de onda se conoce como valor instantáneo. Por ej. si tengo la señal v(t)=Vm sen (2π50t) y quiero saber el valor para t = T (periodo) la forma de calcularlo es:
Valor medio:
Es
el valor promedio de una señal en un periodo o el valor de continua. Para
determinar el promedio de una forma de onda, se suman los valores instantáneos a
lo largo de un ciclo completo y se divide por el número de puntos utilizados. Pero
si son señales continuas se calcula el área bajo la forma de onda y se divide por
la longitud de su base para que nos dé, el valor medio. Las áreas por arriba
del eje se consideran positivas, mientras que las áreas por debajo del mismo se
consideran negativas.
Ciclo:
Es un juego completo de valores de la señal contenidos en un periodo. Dicho de otro modo es la forma de onda contenida en un periodo.
Es un juego completo de valores de la señal contenidos en un periodo. Dicho de otro modo es la forma de onda contenida en un periodo.
Amplitud:
La
amplitud de
una onda seno es la distancia desde su promedio a su pico. Por tanto, la
amplitud del voltaje en las figuras (a) y (b) es Em.
Valor pico a
pico:
Es la diferencia entre el valor máximo y mínimo de una señal. El voltaje pico a pico se indica en la figura (a) como Epp. Se mide entre los picos mínimo y máximo. Los voltajes pico a pico se denotan como Epp o Vpp. En este caso Vpp= Em+ Em =2 Em.
Es la diferencia entre el valor máximo y mínimo de una señal. El voltaje pico a pico se indica en la figura (a) como Epp. Se mide entre los picos mínimo y máximo. Los voltajes pico a pico se denotan como Epp o Vpp. En este caso Vpp= Em+ Em =2 Em.
Valor pico o máximo:
Es
el valor máximo que toma la señal. El valor pico o
máximo de un voltaje o corriente, es su valor máximo
con respecto a cero. Considere la figura (b), aquí, una onda seno está montada
sobre un valor de cd, obteniendo un pico que es la suma del voltaje de cd y la
amplitud de la forma de onda de CA. Para el caso indicado, el voltaje pico es E+Em.
Valor eficaz o RMS:
El valor eficaz se calcula de la
siguiente forma:
Y en el caso que v(t) sea una señal
senoidal nos da:
Por ejemplo si tomamos la señal de red que alimenta
nuestros hogares la cual es una señal senoidal cuyo valor eficaz es 220V el
valor máximo será: 220Vx1.4142 = 311V.
Velocidad
angular:
La tasa a la cual gira la bobina del generador se llama su velocidad angular. Si la bobina gira un ángulo de 30° en un segundo, por ejemplo, su velocidad angular es 30° por segundo. La velocidad angular se denota mediante la letra griega ω (omega). Para el caso citado, ω = 30°/s. Normalmente la velocidad angular se expresa en radianes por segundo en lugar de grados por segundo. La relación entre velocidad angular frecuencia y periodo es la siguiente:
La tasa a la cual gira la bobina del generador se llama su velocidad angular. Si la bobina gira un ángulo de 30° en un segundo, por ejemplo, su velocidad angular es 30° por segundo. La velocidad angular se denota mediante la letra griega ω (omega). Para el caso citado, ω = 30°/s. Normalmente la velocidad angular se expresa en radianes por segundo en lugar de grados por segundo. La relación entre velocidad angular frecuencia y periodo es la siguiente:
ω =2πf =2π/T
|
Voltajes y corrientes sinusoidales como funciones del tiempo:
e(t) = Em sen (ωt)
o también v(t) = Vm sen (ωt)
i(t) = Im sen (ωt)
Donde para el caso sinusoidal de una frecuencia de
50Hz como es la frecuencia de red en nuestro país debe reemplazarse ω =2π50 y las ecuaciones
anteriores quedaran:
e(t) = Em sen (2π50t) v(t) = Vm sen (2π50t) i(t) = Im sen (2π50t)
Voltajes y corrientes con desplazamiento de fase:
e(t) = Em sen (2π50t) v(t) = Vm sen (2π50t) i(t) = Im sen (2π50t)
Voltajes y corrientes con desplazamiento de fase:
Si
una onda seno no pasa a través de cero en t
=
0seg como en las figuras siguientes, tiene
un desplazamiento de fase.
Las formas de onda pueden estar desplazadas a la izquierda o a la derecha. Para
una forma de onda desplazada a la izquierda como en (a), mientras que, para una
forma de onda desplazada a la derecha como en b)
Interruptor Diferencial e interruptor termomagnético
Interruptor diferencial
Un interruptor diferencial, también llamado disyuntor diferencial o por corriente diferencial, es un dispositivo electromecánico que “tiene la función de proteger a las personas” de las derivaciones de corriente de una fase hacia tierra. Causadas por fallas de aislamiento entre los conductores activos (fase) y tierra o masa de los artefactos e instalaciones eléctricas. Básicamente se trata de un dispositivo de protección que se desconecta cuando se deriva una corriente significativa a la tierra
Es un interruptor que tiene la capacidad de detectar la diferencia entre la corriente de entrada y salida que pasa por él. Cuando esta diferencia supera un valor determinado (sensibilidad), para el que está calibrado (30 mA, 300 mA, etc), el dispositivo abre el circuito, interrumpiendo el paso de la corriente.
Funcionamiento
Como el nombre lo dice es un interruptor que testea la corriente que entra al sistema eléctrico y la que sale del mismo, esta corriente circula por los cables azul y amarillo respectivamente. Es decir mira la diferencia entre la entrada y salida de corriente.
Cuando no hay diferencia es un circuito equilibrado, en este caso la corriente IE (de entrada) produce un flujo en un sentido sobre el toroide y la corriente de salida IS produce un flujo en sentido contrario. El flujo neto sobre el toroide es cero ya que IE = IS en este caso.
Pero
cuando se produce una diferencia de corriente entre la de entrada IE
y la de salida IS, a la que el mismo esta calibrado, generalmente 30
mA (como el de la foto superior), se produce un desbalance en el flujo del
toroide y el flujo neto generado es distinto de cero. En este caso se genera una
corriente en el bobinado de detección debido a que el flujo sobre el toroide es
distinto de cero. Esta corriente (llamada ID, corriente diferencial
o de diferencia entre la entrada y la de salida) activa el dispositivo de
disparo (electroimán). Que abre los contactos del interruptor diferencial. La
corriente diferencial
se desvía a tierra en caso de una falla. Como el nombre lo dice es un interruptor que testea la corriente que entra al sistema eléctrico y la que sale del mismo, esta corriente circula por los cables azul y amarillo respectivamente. Es decir mira la diferencia entre la entrada y salida de corriente.
Cuando no hay diferencia es un circuito equilibrado, en este caso la corriente IE (de entrada) produce un flujo en un sentido sobre el toroide y la corriente de salida IS produce un flujo en sentido contrario. El flujo neto sobre el toroide es cero ya que IE = IS en este caso.
Estos también traen un botón de prueba el cual simula una fuga a tierra y activa el accionamiento del mismo. Esto lo hace derivando una porción de la corriente de entrada directamente a la salida a través de la resistencia y el cable de color verde en la foto de despiece de forma que no pase por el censado que produce el toroide.
A continuación puede verse un circuito esquemático del interior de un interruptor diferencial, y en la página siguiente puede verse una animación de este circuito para entender mejor el funcionamiento del mismo.
http://www.tuveras.com/aparamenta/diferencial.htm
¿Cómo se produce la fuga a tierra?
Las fugas a tierras se producen por fallas en los conductores que tocan en las carcasas o partes metálicas de los artefactos y van a tierra por medio de:
- La tercer patita que traen los tomacorrientes en el caso que se cuente con instalación de puesta a tierra.
- Por cualquier ser vivo que toque dicha carcaza.
¿Cómo se si mi Interruptor diferencial funciona?
Estos traen un botón de prueba, el cual debe accionarse una vez por mes para asegurarse que los contactos no se suelden.
Suele pasar que estos pasan mucho tiempo en vida pasiva (nunca actuaron), y llegado el momento en que se produce una fuga a tierra, el interruptor diferencial tiene los contactos semi-soldados, por lo cual no actúa y puede llegar a costarnos la vida.
Estos traen un botón de prueba, el cual debe accionarse una vez por mes para asegurarse que los contactos no se suelden.
Suele pasar que estos pasan mucho tiempo en vida pasiva (nunca actuaron), y llegado el momento en que se produce una fuga a tierra, el interruptor diferencial tiene los contactos semi-soldados, por lo cual no actúa y puede llegar a costarnos la vida.
Interruptor termomagnético
Un interruptor termomagnético, es un dispositivo capaz de interrumpir
la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores
máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la
circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto
Joule). El dispositivo consta por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina
bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia
la carga.
Al igual que los fusibles, los
interruptores termomagnéticos “protegen
la instalación contra sobrecargas y cortocircuitos”.
Funcionamiento en caso de cortocircuito
Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra, o entre fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna o entre polos opuestos en el caso de corriente continua.
Cuando se produce un cortocircuito, se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente, las mismas tienden a aumentar al infinito. Al ser tan grandes estas corrientes activan el accionamiento magnético del interruptor.
El accionamiento magnético básicamente es un electroimán que con las corrientes elevadas del cortocircuito activa el dispositivo de disparo. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor termomagnético) y su tiempo de actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción.
Funcionamiento en el caso de sobrecarga
La sobrecarga se produce generalmente cuando entran en funcionamiento varios artefactos al mismo tiempo. Ejemplo heladera, plancha, lavarropas, etc.
El accionamiento por sobrecarga lo produce una lámina bimetálica (material formado por materiales de distinto coeficiente de dilatación).
Cuando se produce la sobrecarga empieza a circular mayor corriente de la que la termomagnética está calibra para soportar, esta corriente elevada empieza a producir el calentamiento de los conductores, por ende se calienta también el bimetálico y como el bimetálico está compuesto por dos materiales de distinto coeficiente térmico, ambos se expanden de forma distinta y el bimetálico se curva, el cual activa el accionamiento de disparo.
La protección contra sobrecarga es más lenta que la protección por cortocircuito; por lo tanto tardará unos minutos en interrumpir el servicio.
La sobrecarga se produce generalmente cuando entran en funcionamiento varios artefactos al mismo tiempo. Ejemplo heladera, plancha, lavarropas, etc.
El accionamiento por sobrecarga lo produce una lámina bimetálica (material formado por materiales de distinto coeficiente de dilatación).
Cuando se produce la sobrecarga empieza a circular mayor corriente de la que la termomagnética está calibra para soportar, esta corriente elevada empieza a producir el calentamiento de los conductores, por ende se calienta también el bimetálico y como el bimetálico está compuesto por dos materiales de distinto coeficiente térmico, ambos se expanden de forma distinta y el bimetálico se curva, el cual activa el accionamiento de disparo.
La protección contra sobrecarga es más lenta que la protección por cortocircuito; por lo tanto tardará unos minutos en interrumpir el servicio.
Ambos
se complementan en su acción de protección, el magnético para los
cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas. Además de esta desconexión
automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión
manual de la corriente y el rearme del dispositivo cuando se ha producido una
desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las
condiciones de cortocircuito. Y en sobrecarga tampoco será posible el rearme,
si el bimetálico está doblado debido a la temperatura hasta que pase un tiempo,
se enfríe y vuelva a la posición original.
Incluso
volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que
utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la
palanca.
