Análisis del circuito de CA: 3 datos importantes que debe saber

Puntos de discusión: análisis de circuitos de CA

Introducción al análisis avanzado de circuitos de CA

En el artículo anterior del circuito de CA, hemos discutido algunos de los análisis básicos del circuito de CA. Hemos estudiado sobre el circuito, los diagramas fasoriales, los cálculos de potencia y algunas terminologías esenciales. En este artículo, aprenderemos algunos análisis avanzados de circuitos de CA como – RC Circuito en serie, circuito en serie RL, circuito en serie RLC, etc. Estos avanzados Los circuitos son esenciales y tienen más aplicaciones en el análisis eléctrico.. Todos estos circuitos se pueden decir otro nivel de circuito de CA primario, ya que el circuito más complejo se puede construir con estos. Consulte el artículo de introducción al circuito antes de estudiar este análisis avanzado del circuito de CA.

Análisis básico del circuito de CA: ¡Leer aquí!

Circuito de la serie RC

Si se coloca una resistencia pura en serie con un condensador puro en un circuito de CA, entonces el circuito de CA se llamará Circuito en serie RC AC. Una fuente de voltaje de CA produce voltajes sinusoidales y la corriente pasa a través de la resistencia y el condensador del circuito.

  • Diagrama de circuito del circuito de la serie RC
Circuito de la serie RC, análisis de circuito de CA
Circuito de la serie RC, análisis de circuito de CA - 1

VR da el voltaje a través de la resistencia y - VC da el voltaje a través del capacitor. La corriente a través del circuito es I. R es la resistencia y C es el valor de capacitancia. XC denota la reactancia capacitiva del capacitor.

Soporte más ancho ZeigerRC 1
diagrama fasorial del circuito de la serie RC, análisis del circuito de CA - 2, crédito de imagen - saurio at Wikipedia en alemánStand más amplio ZeigerRCCC BY-SA 3.0

El proceso para dibujar el diagrama fasorial del circuito RC.

El diagrama fasorial es una herramienta analítica esencial que ayuda a estudiar el comportamiento del circuito. Aprendamos los pasos para dibujar el fasor.

Paso 1. Descubra el valor rms de la corriente. Marque eso como el vector de referencia.

Paso 2. Como sabemos que para un circuito puramente resistivo, el voltaje y la corriente permanecen en la misma fase, aquí también cae el voltaje en la resistencia permanece en fase con el valor actual. Se da como V = IR.

Paso 3. Ahora, para el circuito capacitivo, sabemos que el voltaje se retrasa 90 grados y la corriente se adelanta. Es por eso que la caída de voltaje a través del capacitor en este circuito permanece 90 grados por detrás del vector actual.

Paso 4. Por tanto, el voltaje aplicado se obtiene como la suma vectorial de las caídas de voltaje del capacitor y las resistencias. Entonces, se puede escribir como:

V2 = RV2 + VC2

O, V2 = (YoR)2 + (IXC)2

O, V = I √ (R2 + XC2)

O, I = V / √ (R2 + XC2)

O, I = V / Z

Z es la impedancia agregada del circuito RC. La siguiente ecuación representa la forma matemática.

Z = √ (R2 + XC2)

Ahora, del diagrama fasorial, podemos observar que hay un ángulo como - ϕ.

Entonces, tan ϕ será igual a IXC / IR.

¿Entonces ϕ = bronceado-1 (IXC / IR)

Este ángulo ϕ se conoce como ángulo de fase.

  • Cálculo de potencia del circuito de la serie RC

La potencia del circuito se calcula mediante la fórmula P = VI. Aquí calcularemos el valor instantáneo de la potencia.

Entonces, P = VI

O, P = (Vm Sinωt) * [yom Pecado (ωt + ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) [2Sinωt * Sin (ωt + ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) [cos {ωt - (ωt + ϕ)} - cos {ωt - (ωt + ϕ)}]

O, P = (Vm Im / 2) [cos (- ϕ) - cos (2ωt + ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) [cos (ϕ) - cos (2ωt + ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) cos (ϕ) - (Vm Im / 2) cos (2ωt + ϕ)

Podemos observar que la ecuación de potencia tiene dos secciones. Una es una parte constante, otra es la sección variable. La media de la parte variable llega a ser cero durante un ciclo completo.

Entonces, la potencia promedio para un circuito en serie RC, durante un ciclo completo se da como:

P = (Vm Im / 2) coseno (ϕ)

O, P = (Vm / √2) * (YOm / √2) * coseno (ϕ)

O, P = VI cos (ϕ)

Aquí, V e I se consideran valores RMS.

El factor de potencia del circuito de la serie RC

El factor de potencia del circuito de la serie RC viene dado por la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Está representado por cosϕ y expresado como se indica a continuación.

porque ϕ = P / S = R / (R2 + XC2)

Circuito de la serie RL

Si una resistencia pura se coloca en serie con un inductor puro en un circuito de CA, entonces el circuito de CA se llamará Circuito en serie RL AC. Una fuente de voltaje de CA produce voltajes sinusoidales y la corriente pasa a través de la resistencia y el inductor del circuito.

  • Diagrama de circuito del circuito RL
RL
Circuito de la serie RL, análisis de circuito de CA - 3

VR da el voltaje a través de la resistencia, y VL da el voltaje a través del inductor. La corriente a través del circuito es I. R es la resistencia y L es el valor de la inductancia. XL denota el reactancia inductiva del inductor

  • Diagrama fasorial del circuito RL
RL IU Zeiger
Diagrama fasorial del circuito RL, análisis del circuito de CA - 4, crédito de imagen - saurioRL I (U) -ZeigerCC BY-SA 3.0

El proceso para dibujar el diagrama fasorial del circuito RL.

Paso 1. Descubra el valor rms de la corriente. Marque eso como el vector de referencia.

Paso 2. Como sabemos, para un circuito puramente resistivo, tensión y corriente permanecen en la misma fase, aquí también caída de tensión a través de la resistencia permanece en fase con el valor actual. Se da como V = IR.

Paso 3. Ahora, para el circuito inductivo, sabemos que el voltaje se adelanta 90 grados y la corriente se retrasa. Es por eso que la caída de voltaje a través del inductor en este circuito permanece 90 grados por delante del vector actual.

Paso 4. El voltaje aplicado viene como la suma vectorial de las caídas de voltaje del inductor y las resistencias. Entonces, se puede escribir como:

V2 V =R2 + VL2

O, V2 = (YoR)2 + (IXL)2

O, V = I √ (R2 + XL2)

O, I = V / √ (R2 + XL2)

O, I = V / Z

Z es la impedancia agregada del circuito RL. La siguiente ecuación representa la forma matemática.

Z = √ (R2 + XL2)

Ahora, del diagrama fasorial, podemos observar que hay un ángulo como - ϕ.

Entonces, tan ϕ será igual a IXL / IR.

Entonces, ϕ = tan-1 (XL /R)

Este ángulo ϕ se conoce como ángulo de fase.

  • Cálculo de potencia del circuito de la serie RL

La potencia del circuito se calcula mediante la fórmula P = VI. Aquí calcularemos el valor instantáneo de la potencia.

Entonces, P = VI

O, P = (Vm Sinωt) * [yom Pecado (ωt- ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) [2Sinωt * Sin (ωt - ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) [cos {ωt - (ωt - ϕ)} - cos {ωt - (ωt - ϕ)}]

O, P = (Vm Im / 2) [cos (ϕ) - cos (2ωt - ϕ)]

O, P = (Vm Im / 2) cos (ϕ) - (Vm Im / 2) cos (2ωt - ϕ)

Podemos observar que la ecuación de potencia tiene dos secciones. Una es una parte constante, otra es la sección variable. La media de la parte variable llega a ser cero durante un ciclo completo.

Entonces, la potencia promedio para un circuito en serie RL, durante un ciclo completo se da como:

P = (Vm Im / 2) coseno (ϕ)

O, P = (Vm / √2) * (Im / √2) * cos (ϕ)

O, P = VI cos (ϕ)

Aquí, V e I se consideran valores RMS.

Circuito de la serie LC

Un circuito en serie LC es un circuito de CA que consta de un inductor y un condensador, colocados en una conexión en serie. Un circuito LC tiene varias aplicaciones. También se le conoce como circuito resonante, circuito sintonizado, filtros LC. Como no hay resistencia en el circuito, idealmente este circuito no sufre pérdidas.  

Circuito LC como circuito sintonizado: el flujo de corriente significa flujos de cargas. Ahora, en un circuito LC, las cargas siguen fluyendo detrás y delante de las placas del condensador y a través del inductor. Así, se crea un tipo de oscilación. Es por eso que estos circuitos se conocen como circuito sintonizado o tanque. Sin embargo, la resistencia interna del circuito evita la oscilación en real.

  • Diagrama de circuito del circuito de la serie LC
LC
Circuito serie LC, circuito de tanque, análisis de circuito de CA

En un circuito en serie, el valor actual es el mismo en todo el circuito. Entonces podemos escribir eso Yo = yoL = IC.

El voltaje se puede escribir como V = VC + VL.

  • Resonancia en circuito LC en serie

La resonancia se conoce como una condición particular de este circuito LC. Si la frecuencia de la corriente aumenta, el valor de la reactancia inductiva también aumenta y el valor de la reactancia capacitiva disminuye.

XL = ωL = 2πfL

XC = 1 / ωC = 2πfC

En la condición de resonancia, la magnitud de la reactancia capacitiva y la reactancia inductiva es igual. Entonces, podemos escribir que XL = XC

O, ωL = 1 / ωC

O, ω2C = 1/LC

O, ω = ω0 = 1 / √LC

O, 2πf = ω0 = 1 / √LC

O f0 = ω0 / 2π = (1 / 2π) (1 / √LC)

f0 es la frecuencia resonante.

  • La impedancia del circuito

Z = ZL + ZC

O, Z = jωL + 1 / jωC

O, Z = jωL + j / j2ωC

O, Z = jωL - j / ωC