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Autores (orden alfabético): A. Barrado, C. Fernández, A. Lázaro, E. Olías, M. Sanz, P. Zumel

Conceptos básicos

OCW: Curso Electrónica de Potencia

A. Barrado, C. Fernández, A. Lázaro, E. Olías, M. Sanz, P. Zumel / OCW Electrónica Potencia 2017

Índice tema

• Valor instantáneo, valor medio y valor eficaz

• Potencia y energía

• Componentes eléctricos:• Resistencia• Bobina• Transformador• Condensador

• Señales no sinusoidales periódicas: descomposición en series de Fourier

• Valor eficaz y potencia en función de los armónicos

• Parámetros de calidad de la conversión energética• Factor de potencia• Factor de rizado• Distorsión armónica

• Análisis de circuito empleando series de Fourier

• Resumen

2


Índice tema








• Resumen

3


Valor instantáneo de una señal

• Valor que toma una tensión, corriente o potencia para un instante de tiempo concreto (notación en minúscula)

• Función 𝑓 𝑡 periódica con período 𝑇: 𝑓 𝑡 + 𝑇 = 𝑓 𝑡

4

𝑇

𝑇=período𝑓 𝑡

𝑡


Valor medio de una señal periódica: definición

• Cálculo del valor medio 𝑉𝑚 ó 𝑣(𝑡) de una señal 𝑣(𝑡) de período 𝑇:

• Representa un valor constante que encierra el mismo área que la función periódica en un periodo T

5

𝑡

𝑡

A

BVm

𝑇 𝑇 𝑇

Donde las áreas A y B son iguales

Valor medio

𝑣(𝑡)

𝑉𝑚 = 𝑣(𝑡) =1

𝑇න0

𝑇

𝑣 𝑡 𝑑𝑡 =1

2𝜋න0

2𝜋

𝑣 𝜃 𝑑𝜃

𝑉𝑝𝑉𝑚

𝑉𝑚

VALOR MEDIO


Valor eficaz de una señal periódica: definición

• Cálculo del valor eficaz 𝑉𝑒𝑓 de una señal 𝑣(𝑡) de período 𝑇:

• Es igual al valor de continua que habría que aplicar a una resistencia para que ésta disipara la misma potencia que si se le aplicara la forma de onda original 𝑣(𝑡)

• Siempre es mayor o igual que cero

6

𝑉𝑒𝑓2 =

1

𝑇න0

𝑇

𝑣 𝑡 2𝑑𝑡 =1

2𝜋න0

2𝜋

𝑣 𝜃 2𝑑𝜃

R R

𝑃 =𝑉𝑒𝑓2

𝑅=𝑉𝑚𝑎𝑥2

2𝑅𝑃 =

𝑉𝑒𝑓2

𝑅=𝑉𝑚𝑎𝑥2

2𝑅

+

𝑣(𝑡)

-

𝑣(𝑡)

𝑡

𝑉𝑒𝑓 =𝑉𝑚𝑎𝑥

2

+

𝑉𝑚𝑎𝑥/ 2

-

VALOR EFICAZ


Ejemplos

• Calcular el valor medio y el valor eficaz de las siguientes formas de onda

7

v(t)

TTON

Vmax

t

Trabajo personal propuesto

v(t)

T

TON

Vp

t

-Vp

TON

1 2

ωt

v(t)

2π

1 2

·Vg sen t


Índice tema








• Resumen

8


Potencia instantánea

• La potencia instantánea se calcula como el producto de los valores instantáneos de tensión y corriente

• Convenio de signos:• Convenio de signos del receptor: potencias negativas indican que está

entregando energía

• Convenio de signos del generador: potencias negativas indican que realmente está consumiendo energía

9

+

-

POTENCIA INSTANTÁNEA

𝑝 𝑡 = 𝑣 𝑡 · 𝑖(𝑡)

Receptor

+

-

Generador𝑣(𝑡) 𝑣(𝑡)

𝑖(𝑡) 𝑖(𝑡)


Potencia media y energía

• Potencia media: valor medio de la potencia instantánea

• Energía: integral de la potencia instantánea

10

POTENCIA MEDIA

ENERGÍA

𝑃 = 𝑝(𝑡) =1

𝑇න0

𝑇

𝑝 𝑡 𝑑𝑡 =1

𝑇න0

𝑇

𝑣 𝑡 · 𝑖(𝑡)𝑑𝑡

𝐸(𝑡) = න𝑡0

𝑡

𝑝 𝜏 𝑑𝜏 =න𝑡0

𝑡

𝑣 𝜏 · 𝑖(𝜏)𝑑𝜏


Índice tema








• Resumen

11


R

Resistencia: ecuación característica

• La ley de Ohm relaciona los valores de tensión y corriente en una resistencia:

• La resistencia depende de la resistividad del material 𝜌, su longitud 𝑙 y el área de su sección 𝑆:

12

𝑅 = 𝜌𝑙

𝑆

𝑣 𝑡 = 𝑅 · 𝑖(𝑡)+

𝑣(𝑡)

-

𝑖(𝑡)


Resistencia: energía y potencia

• Es un elemento disipativo, no almacena energía sino que la consume transformación en calor

• Si la tensión o corriente es periódica, la potencia media disipada por período es:

13

𝑃 = 𝑝(𝑡) =1

𝑇න0

𝑇

𝑣 𝑡 · 𝑖 𝑡 𝑑𝑡 =1

𝑇න0

𝑇

𝑅 · 𝑖 𝑡 · 𝑖 𝑡 𝑑𝑡 =𝑅

𝑇න0

𝑇

𝑖 𝑡 2𝑑𝑡 = 𝑅 · 𝐼𝑒𝑓2

=1

𝑇න0

𝑇

𝑣(𝑡) ·𝑣 𝑡

𝑅𝑑𝑡 =

1

𝑇න0

𝑇 𝑣 𝑡 2

𝑅𝑑𝑡 =

𝑉𝑒𝑓2

𝑅


Resistencia: parámetros y modelo equivalente

• El modelo de la resistencia, debido a efectos parásitos, es una resistencia en serie con una inductancia parásita, cuyo comportamiento empieza a ser notorio a partir de una determinada frecuencia 𝑓0

• Los parámetros más importantes de una resistencia real son:• Resistencia

• Tolerancia

• Potencia disipable media

14

𝒵(𝑓)

𝑓0 𝑓


Bobina: ecuación característica

• La representación matemática del comportamiento “físico” de la bobina en magnitudes eléctricas se expresa según la Ley de Faraday

• Si la corriente crece en el sentido de la figura, la tensión que aparece en sus terminales es positivo según el convenio marcado para la tensión

• Esta ecuación relaciona la variación temporal de la corriente con el valor de la tensión

15

Longitud del camino magnético

N espiras

Núcleo magnético

Entrehierro𝑖(𝑡)

+𝑣(𝑡)

-

𝜇𝐸

𝐴𝐸

𝜇0

Φ

Área

𝑖(𝑡)

+

𝑣(𝑡)

-

𝐿 Φ

𝑣 𝑡 = 𝐿 ·𝑑𝑖

𝑑𝑡

𝑣 𝑡 = 𝑁 ·𝑑Φ

𝑑𝑡


Bobina: energía almacenada

• Energía almacenada en una bobina:

• La bobina almacena energía en el campo magnético 𝐻

• 0 ≤ 𝑡 < 𝑡1 Cuando se aplica una tensión continua 𝑣 = 𝐸 = 𝐿 ·𝑑𝑖

𝑑𝑡, la corriente

crece de forma lineal• 𝑡 = 𝑡1 Si se interrumpe de forma brusca la corriente y el flujo magnético, se

requeriría una tensión infinita (inviable en la práctica) 𝑣 = 𝐿 ·𝑑𝑖

𝑑𝑡→ ∞

16

𝐸 𝑡 = න0

𝑡

𝑝 𝜏 𝑑𝜏 =න0

𝑡

𝑣 𝜏 · 𝑖 𝜏 𝑑𝜏 = න0

𝑡

𝐿 ·𝑑𝑖 𝜏

𝑑𝜏· 𝑖 𝜏 𝑑𝜏 = 𝐿න

0

𝑡

𝑖 𝜏 · 𝑑𝑖 𝜏 =1

2· 𝐿 · 𝑖 𝑡 2

𝑖𝐿

𝑡 = 0 + -𝑣

𝐸

𝑡1 𝑖

𝑣

idealmente

𝐸

I

𝑡1𝑡 = 0


ҧ𝑣 = 0

Bobina: condición régimen permanente

• En un circuito que contiene una bobina, para que éste opere en régimen permanente, la tensión media en la bobina ha de ser nula:

• Si el valor medio de la tensión en la bobina es distinto de cero, su corriente crece hasta alcanzar la saturación del material magnético

17

ҧ𝑣 =1

𝑇න0

𝑇


𝑇න0

𝑇

𝐿 ·𝑑𝑖 𝑡

𝑑𝑡𝑑𝑡 =

𝐿

𝑇· 𝑖 𝑇 − 𝑖(0) = 0

Régimen permanente: 𝑖 𝑇 = 𝑖(0)


Bobina: componente real

• La corriente en el circuito está limitada por la resistencia serie equivalente de la bobina real:

18

vL

iL t=t1

1

2

3 4

S

iN

·1 2 3 4

Limitado por la resistencia parásita del arrollamiento

iL

L

t=t1

+

-vL

E

rL

E


Cálculo potencias

• Dibujar la potencia instantánea y calcular la potencia media en cada elemento, donde:• 𝑣𝑔 𝑡 = 𝑉𝑔 · 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)

• 𝑖𝑔 𝑡 = 𝐼𝑔 · 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝜑), donde 𝐼𝑔 =𝑉𝑔

𝑅2+ 𝜔𝐿 2y 𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔

𝜔𝐿

𝑅

19

+

-

𝑣𝑔(𝑡)

𝑖𝑔(𝑡)

𝑅

𝐿

Trabajo personal propuesto


Transformador: ecuación característica

• Proporciona aislamiento galvánico entre primario (fuente de energía) y secundario (carga)

• Transformador ideal: No hay almacenamiento de energía ni pérdidas

20

Devanado primario

Devanado secundario

+𝑣𝑝-

Terminales correspondientes

+𝑣𝑠-

𝑁𝑝 𝑁𝑠

Φ𝑀𝑖𝑝 𝑖𝑠 𝑁𝑝: 𝑁𝑠𝑖𝑝 𝑖𝑠

+𝑣𝑝-

+𝑣𝑠-

𝑣𝑝 = 𝑁𝑝 ·𝑑Φ𝑀

𝑑𝑡

𝑣𝑠 = 𝑁𝑠 ·𝑑Φ𝑀

𝑑𝑡

⟹𝑣𝑝𝑁𝑝

=𝑣𝑠𝑁𝑠 ቋ

𝑁𝑝 · 𝑖𝑝 + 𝑁𝑠 · 𝑖𝑠 = Φ𝑀 · ℛ

Φ𝑀 · ℛ = 0⟹ 𝑁𝑝 · 𝑖𝑝 +𝑁𝑠 · 𝑖𝑠 = 0


Transformador: modelo componente real

• Φ𝑀: Flujo mutuo que concatena los dos devanados• Existe cierto almacenamiento de energía en el núcleo magnético que se

modela mediante la inductancia magnetizante. Esta inductancia se puede referir tanto al primario 𝐿𝑚 como al secundario: 𝐿𝑚 · (𝑁𝑝/𝑁𝑠)

2

• Φ1 y Φ2: Flujos de dispersión, flujos asociados a cada devanado que no se comparten con el otro• Se representan mediante inductancias de dispersión: 𝐿𝑑1 y 𝐿𝑑2

21

Transformador ideal

+𝑣𝑝-

+𝑣𝑠-𝑁𝑝 𝑁𝑠

Φ𝑀𝑖𝑝 𝑖𝑠

Φ1 Φ2

𝐿𝑑1 𝐿𝑑2

𝐿𝑚

𝑁𝑝: 𝑁𝑠


Condensador: ecuación característica

• Se denomina condensador al dispositivo formado por dos conductores cuyas cargas son iguales pero de signo opuesto

• Si la tensión crece en el sentido de la figura, la corriente que circula entre sus terminales se incrementa según el convenio marcado para la corriente

• Esta ecuación relaciona la variación temporal de la tensión con el valor de la corriente

22

𝐶

+

𝑣(𝑡)

-

𝑖(𝑡)

𝑖 = 𝐶 ·𝑑𝑢

𝑑𝑡

+𝑄

−𝑄

Superficies conductoras

Área

Material dieléctrico

𝑑

𝜀


Condensador: energía almacenada

• Energía almacenada en un condensador:

• El condensador almacena energía en el campo eléctrico 𝐸

• 0 ≤ 𝑡 < 𝑡1 Cuando se aplica una corriente continua 𝑖 = 𝐼 = 𝐶 ·𝑑𝑣

𝑑𝑡, la tensión

crece de forma lineal• 𝑡 = 𝑡1 Para variar de forma brusca la tensión y el campo magnético, se requeriría

una corriente infinita (inviable en la práctica) 𝑖 = 𝐶 ·𝑑𝑣

𝑑𝑡→ ∞

23

𝐸 𝑡 = න0

𝑡

𝑝 𝜏 𝑑𝜏 =න0

𝑡

𝑣 𝜏 · 𝑖 𝜏 𝑑𝜏 = න0

𝑡

𝑣 𝜏 · 𝐶 ·𝑑𝑣 𝜏

𝑑𝜏𝑑𝜏 = 𝐶න

0

𝑡

𝑣 𝜏 · 𝑑𝑣 𝜏 =1

2· 𝐶 · 𝑣 𝑡 2

𝑖

𝑣

idealmente

𝐼𝑡1

+

-

𝐼 𝑣

𝑖

𝑡1


ҧ𝑖 = 0

Condensador: condición régimen permanente

• En un circuito que contiene un condensador, para que éste opere en régimen permanente, la corriente media en el condensador ha de ser nula:

• Si el valor medio de la corriente en el condensador es distinto de cero, su tensión crece hasta que se rompe el material dieléctrico

24

ҧ𝑖 =1

𝑇න0

𝑇

𝑖 𝑡 𝑑𝑡 =1

𝑇න0

𝑇

𝐶 ·𝑑𝑖 𝑡

𝑑𝑡𝑑𝑡 =

𝐶

𝑇· 𝑖 𝑇 − 𝑖(0) = 0

Régimen permanente: 𝑖 𝑇 = 𝑖(0)


Índice tema








• Resumen

25


Descomposición en armónicos señal periódicaUna señal periódica u(t) puede aproximarse por la suma de un valor

constante más la suma de funciones sinusoidales

• La pulsación del armónico fundamental o armónico de orden 1 es la misma pulsación que la de la señal periódica original ω

• El primer término (𝐴0/2) representa el valor medio de la señal 𝑣(𝑡)

SERIE DE FOURIER

Cálculo de los coeficientes:

Otra forma de representar la serie de Fourier

26

𝑣 𝑡 ≈𝐴02+

𝑛=1

∞

𝐴𝑛 · cos 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 +

𝑛=1

∞

𝐵𝑛 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡

𝐴𝑛 =2

𝑇· න

0

𝑇

𝑣 𝑡 · cos 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 𝑑𝑡 𝐵𝑛 =2

𝑇· න

0

𝑇

𝑣 𝑡 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 𝑑𝑡

𝑣 𝑡 ≈𝐴02+

𝑛=1

∞

𝐶𝑛 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 + 𝛽𝑛𝐶𝑛 = 𝐴𝑛

2 + 𝐵𝑛2

𝛽𝑛 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝐴𝑛𝐵𝑛

𝐶𝑛

𝐴𝑛𝛽𝑛𝐵𝑛

cos 𝑛 · 𝜔 · 𝑡

𝑠𝑒𝑛 𝑛 · 𝜔 · 𝑡


Tabla de series de FourierFunciones normalizadas

27


Índice tema








• Resumen

28


Valor eficaz a partir de la descomposición en armónicos

El valor eficaz 𝑉𝑒𝑓 una señal periódica 𝑣 𝑡 se puede calcular a partir de los

coeficientes de su serie de Fourier

VALOR EFICAZ

VALOR EFICAZ RIZADO

FÓRMULA DE PARSEVAL

29

𝑉𝑒𝑓2 =

1

𝑇න0

𝑇


𝑇න0

𝑇

𝑉𝑚 +

𝑛=1

∞

𝑉𝑛 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 + 𝜑𝑛

2

𝑑𝑡

𝑉𝑒𝑓2 = 𝑉𝑚

2 + 𝑉1 𝑒𝑓2 + 𝑉2 𝑒𝑓

2 +⋯

𝑉𝑒𝑟2 = 𝑉1 𝑒𝑓

2 + 𝑉2 𝑒𝑓2 +⋯ =

𝑛=1

∞

𝑉𝑛 𝑒𝑓2

𝑉𝑒𝑟2 = 𝑉𝑒𝑓

2 − 𝑉𝑚2


Potencia con descomposición armónicos (I)TENSIÓN Y CORRIENTE CON CONTENIDO ARMÓNICO

Potencia instantánea:

Potencia media:

Operando…

30

𝑝 𝑡 = 𝑣 𝑡 · 𝑖 𝑡 ≈ 𝑉𝑚 +

𝑛=1

∞

𝑉𝑛 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 + 𝛼𝑛 · 𝐼𝑚 +

𝑛=1

∞

𝐼𝑛 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 + 𝛽𝑛

𝑃 = 𝑝(𝑡) =1

𝑇න0

𝑡


2𝜋න0

2𝜋

𝑣 𝜃 · 𝑖 𝜃 𝑑𝜃 =

0

𝑖1(𝑡)

𝑣1(𝑡)

cos𝜑1

𝑡 𝑣 𝑡 ≈ 𝑉𝑚 +

𝑛=1

∞

𝑉𝑛 · sen 𝑛 · 𝜔 · 𝑡 + 𝛼𝑛

𝑖 𝑡 ≈ 𝐼𝑚 +

𝑛=1

∞



Potencia con descomposición armónicos (II)TENSIÓN Y CORRIENTE CON CONTENIDO ARMÓNICO

Solo producen potencia activa los armónicos de igual frecuencia

31

0

𝑖1(𝑡)

𝑣1(𝑡)

cos𝜑1

𝑡 𝑣 𝑡 ≈ 𝑉𝑚 +

𝑛=1

∞



𝑛=1

∞


𝑃 = 𝑉𝑚 · 𝐼𝑚 + 𝑉1 𝑒𝑓 · 𝐼1 𝑒𝑓 · cos 𝜑1 + 𝑉2 𝑒𝑓 · 𝐼2 𝑒𝑓 · cos 𝜑2 +⋯Operando…

Donde 𝜑𝑛 es el desfase del armónico de orden 𝑛 de tensión (𝛼𝑛)respecto al armónico de orden 𝑛 de corriente (𝛽𝑛)

Potencia media


Potencia con tensión sinusoidal

Factor de desplazamiento del primer armónico 𝐹𝜑 = cos 𝜑1

TENSIÓN SINUSOIDAL Y CORRIENTE CON CONTENIDO ARMÓNICO

Potencia media:

32

0

𝑖1(𝑡)

𝑣1(𝑡)

cos𝜑1

𝑡𝑣 𝑡 ≈ 𝑉1 · 𝑠𝑒𝑛(𝜔 · 𝑡)


𝑛=1

∞


Puesto que la tensión 𝑣 𝑡 es sinusoidal y solo tiene el primer armónico de tensión:

𝑃 = 𝑉1 𝑒𝑓 · 𝐼1 𝑒𝑓 · cos(𝜑1)


Índice tema








• Resumen

33


Factor de rizado (I)

• Medida de la calidad de una conversión de energía eléctrica CA a CC

34

CA / CC

𝑣(𝑡) puede aproximarse por un valor medio 𝑉𝑚 más las sumade algunos armónicos residuales: 𝑉1, 𝑉2, 𝑉3…𝑉𝑛

Valor eficaz de 𝑣(𝑡)

Valor medio al cuadrado

Valor eficaz del rizado al cuadrado

Cuanto más pequeño sea el valor eficaz del rizado frente al valor medio, más parecida será la señal a una continua


2 + 𝑉1 𝑒𝑓2 + 𝑉2 𝑒𝑓

2 +⋯

+𝑣 𝑡−

𝑣(𝑡)

𝑉𝑚

𝑡


Factor de rizado (II)

• Medida de la calidad de una conversión de energía eléctrica CA a CC

• El factor de rizado es igual a la relación entre el valor eficaz de los armónicos y el valor medio

35

Señal continua pura 𝐹𝑅 = 0

FACTOR DE RIZADO

𝐹𝑅

𝐹𝑅 =

σ𝑛=1∞ 𝑉𝑛 𝑒𝑓

2

𝑉𝑚=𝑉𝑒𝑟𝑉𝑚

=

𝑉𝑒𝑓2 − 𝑉𝑚

2

𝑉𝑚


Distorsión armónica (I)

• Medida de la calidad de una conversión de energía eléctrica CC a CA

36

CC / CA

𝑣(𝑡) puede aproximarse por la suma de un primer armónico 𝑉1más algunos armónicos residuales: 𝑉3, 𝑉5…𝑉𝑛

Valor eficaz de 𝑣(𝑡)

Valor eficaz primer armónico al cuadrado

Suma cuadrática del resto de armónicos

Cuanto más pequeño sea el primer armónico respecto al resto de los armónicos, más parecida será la señal a una sinusoide

𝑉𝑒𝑓2 = 𝑉1 𝑒𝑓

2 + 𝑉3 𝑒𝑓2 + 𝑉5 𝑒𝑓

2 +⋯

+𝑣 𝑡−

𝑣(𝑡)

𝑡


Distorsión armónica (II)

• Medida de la calidad de una conversión de energía eléctrica CC a CA

• La distorsión armónica es igual a la relación entre el valor eficaz de los armónicos de mayor orden que el primero y el armónico fundamental

37

Señal sinusoidal pura 𝐷𝐴𝑇 = 0

FACTOR DE RIZADO

𝐷𝐴𝑇

𝐷𝐴𝑇 =


2

𝑉1 𝑒𝑓=

𝑉𝑒𝑓2 − 𝑉1 𝑒𝑓

2

𝑉1 𝑒𝑓


Factor de potencia

Factor de potencia sólo es igual a cos(𝜑) en régimen permanente sinusoidal, no en presencia de armónicos

Factor de desplazamiento 𝐹𝜑Factor de distorsión 𝐹𝐷

38

TENSIÓN SINUSOIDAL Y CORRIENTE CON CONTENIDO ARMÓNICO

0

𝑖1(𝑡)

𝑣1(𝑡)

cos𝜑1

𝑡𝑣 𝑡 ≈ 𝑉1 · 𝑠𝑒𝑛(𝜔 · 𝑡)


𝑛=1

∞


𝐹𝑃 =𝑃

𝑆=𝑉𝑒𝑓 · 𝐼1 𝑒𝑓 · cos(𝜑1)

𝑉𝑒𝑓 · 𝐼𝑒𝑓=𝐼1 𝑒𝑓

𝐼𝑒𝑓· cos 𝜑1 =

1

1 + 𝐷𝐴𝑇2· cos(𝜑1)

𝐹𝑃 = 𝐹𝐷 · 𝐹𝜑


Índice tema








• Resumen

39


Análisis de circuitos por armónicos

+𝑣𝑔-

+

𝑣𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜

-

+

𝑣

-

1. Análisis del circuito y de la tensión aplicada al circuito lineal (ejemplo carga LCR)

+


-

+

𝑣

-

2. Cálculo de la series de Fourier de la tensión aplicada al filtro

+

3. Se aplica superposición y se resuelve cada circuito (régimen sinusoidal permanente) a una frecuencia

+

-

+ҧ𝑣

-

+ 𝑣𝐿 -

Circuito a analizar para calcular la tensión aplicada

a la filtro 𝑣𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜

𝒱𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜1

𝒱𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑁

.

.

.

+…+𝒱𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜1𝑣𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜

+

-

+𝒱1- 𝒱𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑁

+

-

+𝒱𝑁-

𝑣𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = ҧ𝑣 𝒱𝑁 = 𝒱𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑁 ·𝑅/(1 + 𝑗𝜔𝑁𝐶𝑅)

𝑗𝜔𝑁𝐿 + 𝑅/(1 + 𝑗𝜔𝑁𝐶𝑅)

𝑉𝑒𝑓2 = ҧ𝑣2 +

𝒱1

2

2

+⋯+𝒱𝑁

2

2

40



Índice tema








• Resumen

41


Resumen (I)

Valor medio:

Valor eficaz:

42

𝑉𝑚 = 𝑣(𝑡) =1

𝑇න0

𝑇


2𝜋න0

2𝜋

𝑣 𝜃 𝑑𝜃

𝑉𝑒𝑓2 =

1

𝑇න0

𝑇


2𝜋න0

2𝜋

𝑣 𝜃 2𝑑𝜃

Una señal periódica u(t) se puede descomponer en armónicos:

La frecuencia del armónico fundamental o armónico de orden 1 es la misma frecuencia que la de la señal periódica original

𝑣 𝑡 ≈ 𝑉𝑚 +

𝑛=1

∞


Valor medio de 𝑣(𝑡)


Resumen (II)Ecuaciones características de los principales componentes:

Resistencia:

Condensador:

Bobina:

Condición régimen permanente: la corriente media tiene que ser igual a cero

Condición régimen permanente: la tensión media tiene que ser igual a cero

El condensador y la bobina no disipan potencia, sólo almacenen energía. Su potencia media tiene por tanto que ser igual a cero

La resistencia sí es un elemento que disipa potencia:

Transformador: Condición régimen permanente: la tensión media en todos los devanados tiene que ser igual a cero

43

𝑢 = 𝑅 · 𝑖

𝑖 = 𝐶 ·𝑑𝑢

𝑑𝑡

𝑢 = 𝐿 ·𝑑𝑖

𝑑𝑡

𝑃 = 𝑅 · 𝐼𝑒𝑓2 =

𝑈𝑒𝑓2

𝑅

𝑣𝑝𝑁𝑝

=𝑣𝑠𝑁𝑠

𝑁𝑝 · 𝑖𝑝 = 𝑁𝑠 · 𝑖𝑠𝑁𝑝: 𝑁𝑠𝑖𝑝 𝑖𝑠

+𝑣𝑝-

+𝑣𝑠-


Resumen (III)

Cálculo del valor eficaz 𝑉𝑒𝑓 de una señal periódica 𝑣(𝑡) a partir de los coeficientes de su serie de Fourier:

Fórmula de Parseval:

Valor eficaz del rizado

Factor de rizado:

Distorsión armónica:

Medida de la calidad de una conversión de energía eléctrica de CA a CC, relación entre el valor eficaz de los armónicos y el valor medio

Medida de la calidad de una conversión de energía eléctrica de CC a CA, relación entre el valor eficaz de los armónicos de mayor orden que el primero y el armónico fundamental

44


2 + 𝑉1 𝑒𝑓2 + 𝑉2 𝑒𝑓

2 +⋯

𝑉𝑒𝑟2 = 𝑉1 𝑒𝑓

2 + 𝑉2 𝑒𝑓2 +⋯ =

𝑛=1

∞

𝑉𝑛 𝑒𝑓2

𝑉𝑒𝑟2 = 𝑉𝑒𝑓

2 − 𝑉𝑚2

𝐷𝐴𝑇 =


2

𝑉1 𝑒𝑓=

𝑉𝑒𝑓2 − 𝑉1 𝑒𝑓

2

𝑉1 𝑒𝑓

𝐹𝑅 =


2

𝑉𝑚=𝑉𝑒𝑟𝑉𝑚

=

𝑉𝑒𝑓2 − 𝑉𝑚

2

𝑉𝑚


Resumen (IV)

Cálculo de la potencia cuando la tensión y la corriente son periódicas y se pueden representar mediante series de Fourier:

Potencia aparente:

Factor de potencia:

Factor de potencia para fuentes de tensión sinusoidales:

45

Potencia instantánea:

Potencia media:

𝑝 𝑡 = 𝑣 𝑡 · 𝑖(𝑡)

𝑃 = 𝑝(𝑡) =1

𝑇න0

𝑇

𝑝 𝑡 𝑑𝑡 =1

𝑇න0

𝑇


2𝜋න0

2𝜋

𝑣 𝜃 · 𝑖(𝜃)𝑑𝜃

𝑃 = 𝑉𝑚 · 𝐼𝑚 + 𝑉1 𝑒𝑓 · 𝐼1 𝑒𝑓 · cos 𝜑1 + 𝑉2 𝑒𝑓 · 𝐼2 𝑒𝑓 · cos 𝜑2 +⋯

𝑆 = 𝑉𝑒𝑓 · 𝐼𝑒𝑓

𝐹𝑃 =𝑃

𝑆

Factor de desplazamiento 𝐹𝜑Factor de distorsión 𝐹𝐷

𝐹𝑃 =𝑃

𝑆=𝑉𝑒𝑓 · 𝐼1 𝑒𝑓 · cos(𝜑1)

𝑉𝑒𝑓 · 𝐼𝑒𝑓=𝐼1 𝑒𝑓

𝐼𝑒𝑓· cos 𝜑1 =

1

1 + 𝐷𝐴𝑇2· cos(𝜑1)

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