Una cantidad unidireccional, ya sea voltaje o corriente, también se conoce como invariante en el tiempo porque se la conoce como CC o cantidad de flujo directo, que permanece constante en magnitud a lo largo del tiempo. Por otro lado, la corriente alterna es una cantidad que varía en el tiempo cuya magnitud y polaridad cambian periódicamente a intervalos regulares.
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Una cantidad sinusoidal, por ejemplo la tensión, se puede expresar como V = Vm sen (ωt + θ).
dónde
V = valor instantáneo del voltaje
Vm = tensión máxima
ω = velocidad angular = 2π f
θ = ángulo de fase
Los elementos básicos de un circuito de CA son la resistencia, la inductancia y la capacitancia. Los circuitos de CA utilizan combinaciones de estos elementos (dos o tres cualesquiera) en serie y en paralelo.
Un circuito que combina elementos individuales funciona de manera diferente a un circuito que combina elementos individuales. Este artículo describe el funcionamiento de circuitos de CA con cargas resistivas.
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Tabla de contenido
CA aplicada a resistencia pura
En este caso, se conecta una resistencia pura a la fuente de alimentación de CA. Una fuente de alimentación de CA es equivalente a un circuito que proporciona alimentación de CA a una resistencia, lámpara, calentador u otra carga resistiva. Este es el tipo más simple de circuito de CA sin inductancia ni capacitancia.
Este circuito resistivo puro se comporta como un circuito de CC al proporcionar el mismo tipo de resistencia para la corriente CA que para la corriente CC. La siguiente figura muestra las formas de onda de voltaje y corriente para un circuito de resistencia de CA.
Cuando se aplica un voltaje de CA a una carga resistiva, la corriente que fluye a través del circuito cambia según el voltaje aplicado y el valor de esta corriente se puede determinar mediante la ley de Ohm. La magnitud de esta corriente depende del voltaje aplicado y del valor efectivo de la resistencia en el circuito.
Sea el valor instantáneo del voltaje v = Vm sen ωt.
Entonces, según la ley de Ohm, la corriente que circula por el circuito viene dada por:
i = V/R = Vm sen ωt / R
Cuando ωt = 900 El valor de i es Im, por lo que Im= Vm/R
Por lo tanto, la corriente se puede escribir como i = Im sen ωt
Por lo tanto, tanto las formas de onda de voltaje como de corriente son sinusoidales y tienen la misma frecuencia. Esto significa que están en fase porque la dirección de la corriente cambia de la misma manera que el voltaje aplicado.
Por tanto, las formas de onda de tensión y corriente alcanzan sus valores máximo y mínimo al mismo tiempo. Sin embargo, las amplitudes de estas formas de onda son diferentes entre sí.
A continuación se muestra la representación fasorial de un circuito de resistencia de CA. Las formas de onda de corriente y voltaje están en fase.
potencia y factor de potencia
La potencia en un circuito resistivo es el producto del voltaje y la corriente. La potencia promedio de un circuito de resistencia de CA se puede calcular como:
Como no hay diferencia de fase entre las formas de onda de voltaje y corriente, el ángulo de fase es cero (θ = 0) y el factor de potencia es 1.
Factor de potencia, cosθ = cos 00 = 1
Ejemplo 1
Si el circuito tiene una fuente de voltaje de CA de 280 V y un elemento calefactor de 40 ohmios, ¿cuál es la corriente efectiva extraída del suministro? También determine la potencia disipada por el elemento calefactor.
la corriente extraída de la fuente de alimentación,
Yo = V/R
= 280/40
= 7 amperios
Además, la potencia activa consumida por la resistencia de CA es
P = i2 R = 42 ×60 = 960 vatios
Ejemplo 1 de circuito de CA resistivo
Para tensión sinusoidal CA V
Convierte la expresión de voltaje especificada del dominio del tiempo al dominio fasorial. Obtenemos VR
Aplicando la ley de Ohm, la corriente que circula por el circuito se puede calcular como:
IR = VR / R = 200 ∠ 600
= 200 ∠ 600/40
= 5∠ 600 Amplificador
Circuito CA en serie con carga resistiva.
El siguiente diagrama muestra un circuito de CA simple que consta de una resistencia conectada en serie a través de una fuente de alimentación. La corriente que fluye por cada elemento o cualquier punto del circuito tiene el mismo valor debido a la conexión en serie, y su magnitud depende del voltaje aplicado y de la resistencia total en el circuito.
Independientemente del número de resistencias conectadas en serie, la corriente siempre estará en fase con el voltaje aplicado.
En el circuito anterior, podemos encontrar el voltaje en cada resistencia aplicando la ley de Ohm. La suma de las caídas de voltaje en cada resistencia es el voltaje total aplicado al circuito.
La relación de fase entre el voltaje aplicado y la corriente para este circuito se muestra en la siguiente figura, con las caídas de voltaje individuales y el voltaje total en fase con la corriente.
ejemplo
ejemploSuponga que si su circuito tiene una fuente de voltaje de 280 V CA y dos elementos calefactores de 40 y 60 ohmios, ¿cuál es la caída de voltaje en cada elemento calefactor?
Resistencia total en el circuito, Rt= R1 + R2
= 40 + 60 = 100 ohmios
Corriente que circula por el circuito I.t = V/RT
It = 280/100 = 2,8A
daraka, yot = IR1 = IR2
A continuación, la caída de voltaje en el elemento calefactor 1, V1 = It R1 = 2,8 × 40 = 112V
Caída de voltaje en el elemento calefactor -2, V2 = It R2 = 2,8 × 60 = 168V
Circuito de CA en paralelo con carga resistiva.
En un circuito de CA en paralelo, se conectan varias cargas resistivas a través de la fuente de voltaje de CA de modo que el voltaje en cada rama permanezca constante, pero la corriente total se divide entre las ramas resistivas individuales.
Por lo tanto, la corriente total se puede determinar sumando todas las corrientes individuales que fluyen a través de cada resistencia. Estas corrientes individuales están en fase con el voltaje aplicado como un circuito que consta de una carga puramente resistiva.
El diagrama anterior muestra la relación de modo común entre el voltaje y las corrientes individuales en un circuito de CA paralelo con una carga puramente resistiva. La magnitud de cada corriente individual que fluye a través de una resistencia depende del voltaje aplicado y de la resistencia proporcionada por esa resistencia.
Cuanto mayor sea el valor de la resistencia, menos corriente fluirá a través de ella y viceversa. Sin embargo, estas corrientes, independientemente de su magnitud, siguen la forma de onda del voltaje (es decir, están en fase con la forma de onda del voltaje).
ejemplo
Si la fuente de voltaje de 240 V CA del circuito se aplica a dos elementos calefactores paralelos de 390 ohmios y 1 k ohmios, respectivamente, ¿cuál es la corriente efectiva que fluye a través de cada elemento calefactor?
En un circuito en paralelo, el voltaje en cada resistencia es el mismo, es decir, V = V1 = V2
Según la ley de Ohm, la corriente que fluye a través del elemento calefactor 1 es
IR1 = V1 / R1 = 240/390 = 0,615 = 615 mA
De manera similar, IR2 = V2 / R2 = 240/1000 = 0,24 = 240 mA
Por lo tanto, la corriente que fluye a través del elemento calefactor es 615 mA y 240 mA, respectivamente.