funcionamiento del inductor en corriente directa carga y
TRANSCRIPT
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Funcionamiento del inductor en corriente directa
Carga y descarga de un inductor.
Circuito RL: Proceso de carga del inductor
Tomemos este circuito para anΓ‘lisis, para un tiempo que se encuentre entre 0 y
220π[π ] s o sea 0[π ] β€ π‘ < 220π[π ] el switch U1 estΓ‘ cerrado y el switch U2 estΓ‘ abierto
esto permite cargar el inductor. Cuando π‘ β₯ 220π[π ] se abre el switch U1 y se cierra el
switch U2 y el inductor se descarga.
Las ecuaciones de carga son:
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
La corriente en el circuito en Ampere se calcula de la siguiente formula
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = πΌ0 β (1 β πβπ‘π) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =π0[π]
π [Ξ©]β (1 β π
βπ‘
πΏπ β ) [π΄]
Io serΓ‘ la corriente que circula por el circuito, la cual podrΓa ser la corriente suministrada por la fuente de alimentaciΓ³n.
La tensiΓ³n de la bobina se calcula de la siguiente formula
ππΏ(π‘) = ππ β πβ
π‘πΏπ β [π]
o La constante de carga tau π sus unidad es el segundo y se calcula de la siguiente forma
π[π ] =πΏ[π»]
π [Ξ©]
o En 5 β π el inductor alcanza su mΓ‘xima carga y/o su descarga; en la carga la corriente serΓ‘ la mΓ‘xima, la cual serΓ‘ la que va a pasar por ella.
5 β π[π ] = 5 βπΏ[π»]
π [Ξ©]
La tensiΓ³n sobre la resistencia se calcula de la siguiente formula
ππ (π‘) = ππ β (1 β πβ
π‘πΏπ β ) [π]
Grafica de la corriente de carga de un inductor
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Grafica de tensiΓ³n la bobina
Grafica de la tensiΓ³n por la resistencia
El inductor IDEAL va a mantener la corriente almacenada de forma infinita.
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Circuito RL: Proceso de descarga del inductor
Las ecuaciones de descarga son:
La corriente del inductor en Ampere se calcula de la siguiente formula
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = πΌ0 β πβπ‘π[π΄]
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =π0π πβ
π‘πΏπ β [π΄]
Io serΓ‘ la corriente que pasa por el inductor, la cual podrΓa ser la corriente mΓ‘xima entregada por la fuente de alimentaciΓ³n o sino la ΓΊltima corriente almacenada, la cual no necesariamente sea de la fuente, el tau puede cambiar su valor dado que al descargarse se cambia la conexiΓ³n de resistencias conectadas con Γ©l
La tensiΓ³n sobre el inductor se calcula de la siguiente formula
ππΏ(π‘) = βππ β πβ
π‘πΏπ β [π]
ππΏ(π‘) = βπΌ0 β π β πβ
π‘πΏπ β [π]
La tensiΓ³n sobre la resistencia de Descarga se calcula de la siguiente formula
ππ (π‘) = ππΏ(π‘) = βππ β πβ
π‘πΏπ β [π]
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Grafica de corriente de descarga de un inductor
Grafica de tensiΓ³n de un inductor La corriente invierte el sentido de su corriente y por eso la tensiΓ³n es negativa.
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Grafica de tensiΓ³n de la resistencia
Como vimos en el apartado del condensador se puede implementar el anΓ‘lisis para circuitos mixtos tanto para las resistencias como para los inductores; con el fin de calcular la resistencia e inductancia equivalente conectada y asΓ calcular el tau total del circuito.
ΒΏCuanto es el Tau?
Req=R1||R2
π ππ[Ξ©] = (1
20π[Ξ©]+
1
2.3π[Ξ©])β1
[Ξ©] = 2.06π[Ξ©]
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
πΏπ₯[H] = (1
30π[H]+
1
60π[H])β1
[H] = 20π[H]
πΏππ[H] = 100π[H] + 20π[H] = 120π[H]
π[π ] =120π[H]
2.06π[Ξ©]= 58.17π[π ]
Graficando la carga del inductor
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Carga y descarga de un inductor.
Se va a analizar el siguiente circuito:
El switch U1 en tiempo 0[π ] β€ π‘ < 220π[π ] estΓ‘ cerrado.
El switch U2 en tiempo 0[π ] β€ π‘ < 220π[π ] estΓ‘ abierto. El switch U1 en tiempo π‘ β₯ 220π[π ] se abre. El switch U2 en tiempo π‘ β₯ 220π[π ] se cierra.
3) Carga de un inductor.
Analizando 0[π ] β€ π‘ < 220π[π ] tenemos este circuito
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Calculemos el tau π
π[π ] =πΏ[π»]
π [Ξ©]
π[π ] =100π[π»]
2.3πΎ[Ξ©]= 43.478π[π ]
En cinco taus se alcanza la mΓ‘xima tensiΓ³n, la cual es
5π[π ] = 5 βπΏ[π»]
π [Ξ©]= 5 β
100π[π»]
2.3πΎ[Ξ©]= 217.39π[π ]
La ecuaciΓ³n de carga
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = πΌ0 β (1 β πβπ‘π) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =π0[π]
π [Ξ©]β (1 β π
βπ‘
πΏπ β ) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =17.8[π]
2.3π[Ξ©]β (1 β π
βπ‘
43.478π) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = 7.739π β (1 β πβ
π‘43.478π) [π΄]
Io es la mΓ‘xima corriente que va a pasar por el inductor, la cual serΓ‘ la corriente
generada por la fuente.
Note que estamos trabajando en ππ si graficamos entre 0[π ] β€ π‘ < 220π[π ] el
condensador estar cargado por que se sobrepasΓ³ los 5 tau.
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Calculando los puntos para realizar la grafica
t[s] I carga [A] Tau
π 0 = 7.739π β (1 β π
βπ‘
43.478π) [π΄] -
ππ 840.73π = 7.739π β (1 β π
β5π
43.478π) -
πππ 1.59π = 7.739π β (1 β π
β10π
43.478π) -
πππ 2.85π = 7.739π β (1 β π
β20π
43.478π) -
ππ. ππππ 4.892π = 7.739π β (1 β π
β30π
43.478π) 1
ππ. ππππ 6.69m 2
πππ. πππ 7.35m 3
πππ. πππ 7.587m 4
πππ. πππ 7.686m
5 inductor ya
alcanzo la mΓ‘xima
carga
ππππ 7.69m -
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Utilizando software de simulaciΓ³n Orcad Pspice la grΓ‘fica es la siguiente
4) Descarga de un inductor.
Analizando π‘ β₯ 220π[π ] tenemos este circuito
Calculemos el Nuevo tau π
π[π ] =πΏ[π»]
π [Ξ©]
π[π ] =100π[π»]
20π[Ξ©]= 5π[π ]
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
En cinco taus se alcanza la mΓ‘xima tensiΓ³n, la cual es
5 β π[π ] = 5 βπΏ[π»]
π [Ξ©]
5π[π ] = 5 β100π[π»]
20π[Ξ©]= 25π[π ]
La ecuaciΓ³n de descarga
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = πΌ0 β πβπ‘π[π΄]
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =π0π πβ
π‘πΏπ β [π΄]
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = 7.69π β πβπ‘5π[π΄]
Β‘Ojo!! Io es la mΓ‘xima tensiΓ³n almacenada en π‘ = 220π[π ].
Para obtener los datos de la grΓ‘fica se inicia en π‘ = 0[π ] y no π‘ = 220π[π ], esto
se da por que la ecuaciΓ³n si se evalΓΊa en π‘ = 220π[π ], el inductor ya sobre paso los 5
tau para descargarse, vamos a ver esto en la grΓ‘fica.
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Calculando los puntos para realizar la grafica
t[s] V carga [V] Tau
π 7.69π = 7.69π β π
β05π
-
ππππ 6.958π = 7.69π β π
β500π15π
-
ππ 6.29π = 7.69π β π
β5π15π
-
ππ 2.28π = 7.69π β π
β5π15π
1
πππ 1.04m 2
πππ 382.86π 3
πππ 140.84π 4
πππ 51.81π 5 inductor ya
descargo
Graficando los puntos, note que no se graficΓ³ en π‘ = 0π , sino en π‘ = 220ππ , por lo
cual se desplazΓ³ la grΓ‘fica, al tiempo que se comenzΓ³ a descarga.
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Por lo tanto, la grΓ‘fica de carga y descarga es:
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Carga y descarga de un condensador antes que alcance los 5 tau de carga
Se va a analizar el siguiente circuito:
El switch U1 en tiempo 0[π ] β€ π‘ < 160π[π ] estΓ‘ cerrado.
El switch U2 en tiempo 0[π ] β€ π‘ < 160π[π ] estΓ‘ abierto. El switch U1 en tiempo π‘ β₯ 160π[π ] se abre. El switch U2 en tiempo π‘ β₯ 160π[π ] se cierra.
5) Carga de un condensador.
Analizando 0[π ] β€ π‘ < 160π[π ] tenemos este circuito
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Calculemos el tau π
π[π ] =πΏ[π»]
π [Ξ©]
π[π ] =100π[π»]
2.3π[Ξ©]= 43.478π[π ]
En cinco taus se alcanza la mΓ‘xima tensiΓ³n, la cual es
5 β π[π ] = 5 βπΏ[π»]
π [Ξ©]= 5 β
100π[π»]
2.3π[Ξ©]= 43.478π[π ]
Note que, a los 5 tau, el inductor se carga completamente, pero vea que los
switch se abre en 160us, por lo que el tiempo no llega a los 5 tau.
La ecuaciΓ³n de carga
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = πΌ0 β (1 β πβπ‘π) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =π0[π]
[Ξ©]β (1 β π
βπ‘
πΏπ β ) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =60[π]
2.3π[Ξ©]β (1 β π
βπ‘
43.478π) [π΄]
πΌπΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = 26.08π β (1 β πβ
π‘43.478π) [π΄]
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Calculando los puntos para realizar la grafica
t[s] I carga [A] Tau
π 0 = 26.08π β (1 β π
βπ‘
43.478π) [π΄] -
ππ 2.83π = 26.08π β (1 β πβ
5π43.478π) -
πππ 5.35π = 26.08π β (1 β πβ
10π43.478π) -
πππ 9.61π = 26.08π β (1 β πβ
20π43.478π) -
πππ 12.99π = 26.088π β (1 β πβ
30π43.478π) 1
πππ 19.51m 2
ππππ 24.42m 3
ππππ 25.42m
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
6) Descarga de un condensador.
Analizando π‘ β₯ 160π[π ] tenemos este circuito
Calculemos el Nuevo tau π
π[π ] =πΏ[π»]
π [Ξ©]
π[π ] =100π[π»]
20π[Ξ©]= 5π[π ]
En cinco taus se alcanza la mΓ‘xima tensiΓ³n, la cual es
5 β π[π ] = 5 βπΏ[π»]
π [Ξ©]= 5 β
100π[π»]
20π[Ξ©]= 25π[π ]
La ecuaciΓ³n de descarga
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = πΌ0 β πβπ‘π[π΄]
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) =π0[π]
[Ξ©]πβ
π‘πΏπ β [π΄]
πΌπ·πΈππΆπ΄π πΊπ΄(π‘) = 25.42π β πβπ‘5π[π΄]
Β‘Ojo!! Io es la mΓ‘xima tensiΓ³n almacenada en π = πππππ. Y no los 26.08mA de la
fuente
Calculando los puntos para realizar la grafica
t[s] I carga [A] Tau
π 25.42π = 25.42π β π
β05π
-
ππππ 23π = 25.42π β πβ500π15π -
ππ 20.81π = 25.42π β πβ5π15π -
ππ 9.35π = 25.42π β πβ5π15π 1
πππ 3.44m 2
πππ 1.265m 3
πππ 465.55π 4
πππ 171.27π 5 inductor ya
descargo
Por lo tanto, la grΓ‘fica de carga y descarga seria la siguiente imagen, note que nunca
se alcanza la corriente entregada por la fuente.
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I
Instituto Nacional de Aprendizaje
Circuitos ElΓ©ctricos I