Fundamentos de la Impedancia Eléctrica y Estándares de Frecuencia en Sistemas de CA
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Fundamentos de la Impedancia y la Frecuencia en Circuitos de Corriente Alterna (CA)
1. Definición y Naturaleza de la Impedancia (Z)
La impedancia (Z) es una medida de la oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica una tensión. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la resistencia, que solo tiene magnitud.
Cuando un circuito es alimentado con corriente continua (CC), su impedancia es igual a la resistencia; esto último puede ser interpretado como la impedancia con un ángulo de fase cero. El concepto de impedancia permite generalizar la Ley de Ohm en el estudio de circuitos en CA, dando lugar a la llamada Ley de Ohm de corriente alterna.
2. Comportamiento Temporal y Estándares de Frecuencia
2.1. Dominio del Tiempo y Constante RC
En el dominio del tiempo, el tiempo de carga del circuito es proporcional a la magnitud de la resistencia eléctrica R y la capacidad C del condensador. El producto de la resistencia por la capacidad se llama constante de tiempo del circuito y tiene un papel muy importante en el comportamiento de este.
2.2. Frecuencia de una Red Eléctrica: Origen de los Estándares
En la actualidad, hay dos tipos de frecuencia empleados para los sistemas eléctricos: 50 hercios (Hz) y 60 hercios (Hz), utilizados en Europa y Norteamérica, respectivamente. Pero, ¿qué dio lugar al empleo de estos valores de frecuencia?
Independientemente de los enfrentamientos que hubo a finales del siglo XIX entre el uso de corriente continua y alterna, nos centraremos en el porqué de esta variedad de frecuencias en la corriente alterna.
En sus inicios, la electricidad se utilizó principalmente como método de iluminación, empleando frecuencias de entre 40 y 53 Hz en Europa y entre 125 y 133+1/3 Hz en EE. UU. Hasta 1890 se cumplían los deseos de calidad empleando estas frecuencias. La única limitación resultaba de emplear valores inferiores, lo que producía molestos efectos estroboscópicos en las lámparas.
3. Expresión de la Impedancia en Circuitos RLC en Serie
3.1. Expresión para la Impedancia en un Circuito RL en Serie
En general, en los circuitos de corriente alterna se suelen utilizar otros elementos además de las resistencias óhmicas. Supongamos que existan, conectadas en serie con una resistencia R, una bobina L y un condensador C. Al aplicar una tensión alterna a los extremos de dicho circuito en serie, se establece, una vez desaparecidos los efectos transitorios de corta duración, una corriente estacionaria que viene expresada por [Fórmula de la corriente estacionaria].
En la que se pone claramente de manifiesto que la frecuencia f = ω / 2π de la intensidad es la misma que la correspondiente a la tensión, pero que la intensidad está desfasada en un ángulo φ (ángulo de desfase o desfase) respecto a la tensión.
4. Preguntas Clave sobre la Impedancia
4.1. Módulos y Magnitud de la Impedancia
¿Qué es la impedancia y cuáles son sus módulos y magnitud?
4.2. Expresiones de Impedancia para Circuitos RC y RCL en Serie
¿Cuál es la expresión para la impedancia para un circuito RC y RCL en serie?