Todo circuito eléctrico
presenta, poca o mucha, resistencia, inductancia y capacitancia; no obstante,
según predomina una u otra de estas características, hablamos de circuitos o
cargas óhmicas, inductivas o capacitivas.
En régimen de
trabajo normal, cada una de estas cargas se comporta de una manera regular y
continuada, marcada por una historia uniforme precedente y siguiente. En cambio
cuando una carga es maniobrada (conectada o desconectada), pasa repentinamente
de una situación a otra, y reacciona de una forma determinada hasta que no se
adapta a la nueva situación. De ahí el calificativo de transitorio.
Esta reacción o
adaptación se manifiesta, en general, en forma de:
●
Sobretensión, cuando la maniobra es de desconexión.
●
Sobreintensidad, cuando la maniobra es de conexión.
Su duración suele
ser de milisegundos. Cuando llega a ser del orden de algunos segundos se la
conoce también como punta de arranque o de conexión.
 |
1.1.- Conexión de
resistencias
En teoría no se
debe presentar ningún transitorio, y, desde el primer instante (t = 0):
I = U/R
En la práctica, en
la mayoría de los casos, la resistencia R no es lineal sino que, en frío, presenta
un valor inicial Rf que aumenta hasta el valor de régimen Rc a medida que la
resistencia va calentándose por el paso de la corriente. Así, en el momento
inicial tenemos una punta de corriente:
If = U/Rf ; If > Ic
; Ic = U/Rc
La relación If / Ic
depende principalmente del calentamiento de R; así tenemos:
1.2.-
Conexión de inductancias
No se origina
ninguna sobreintensidad.
El valor i de la
corriente en un instante cualquiera t1 vale:
siendo:
I: Corriente de
régimen; I = U / R
e: Número de Euler;
e = 2,718281
τ : Constante de tiempo; τ = L / R
Se considera
transcurrido el periodo transitorio cuando la diferencia entre I e i1 es
inferior al 2% de I. Ello ocurre cuando t/τ
≤ 4
1.3.- Conexión de
condensadores
Un condensador
descargado, en el momento de ser conectado, equivale a una resistencia de valor
cero. Supongamos un condensador descargado C1 que lo conectamos
mediante B1. En el instante del cierre de B1 circulará
una corriente I1 limitada únicamente por la resistencia conjunta del
circuito.
R1,
de manera que I1 = U/R1
A
medida que C1 se va cargando, adquiere una tensión U1 que
se opone a la un de la red haciendo que I1 se reduzca hasta llegar a
ser I1 = 0 cuando U1 = U.
Así
la corriente de carga de C1 sigue una característica tal como por
ejemplo la curva a, que responde a la ecuación:
siendo τ = C ·
R
Una
mayor sobrecorriente se produce si a continuación conectamos un segundo
condensador C2 cercano. Entonces, C1 ya está cargado y
tenemos la tensión U en el punto A; la resistencia R2 entre C1
y C2 será R2, probablemente muy inferior a R1.
Al cerrar B2 se establecerá una punta de corriente I2 =
U/R2. El proceso de carga seguirá una característica tal como por
ejemplo la curva b.
1.4.- Conexión de
inductancias y condensadores en serie
Inicialmente:
UR = UL = Uc = 0 ; I = 0
Al cerrar el
interruptor A (instante t = 0), la tensión en el conjunto R-L-C salta del
valor 0 al valor U. Se produce una
oscilación amortiguada hasta llegar a la situación de régimen estable en que:
I
= 0 ; UR = UL = 0 ; Uc = U
La
frecuencia de la oscilación transitoria viene dada por la expresión:
Si
despreciamos la resistencia R, la expresión se simplifica resultando:
Es
de notar que en el condensador C, la tensión transitoria pasa por un valor Us >
U.
2.- Transitorios de
maniobra en corriente alterna
2.1.- Conexión de
resistencias
Son válidos en
corriente alterna los mismos razonamientos expuestos para el caso de corriente
continua.
2.2.- Conexión de
inductancias
Toda bobina
presenta una resistencia R e inductancia L distribuidas conjuntamente, en toda
su longitud, pero a efectos conceptuales, suelen representarse separadamente.
En condiciones de
régimen normal estable, la tensión U da lugar a una corriente I que, a su vez
origina un flujo magnético φ . Este
flujo φ
crea en la bobina una fuerza contra electromotriz que, en cierta medida
se opone a la tensión U, limita la amplitud de I y provoca un retardo ϕ en
la oscilación de I respecto a U.
Así, podemos
considerar que, frente a las variaciones de la tensión U, la reacción de la
inductancia L consiste en crear una correspondiente variación de flujo φ.
Esta situación, en
la figura superior se representa de forma senoidal (cartesiana) y de forma
vectorial.
Estando abierto el
interruptor A, no circula corriente por el circuito; el flujo φ es
cero.
Al cerrar el
interruptor A (instante t0) la reacción de la inductancia consiste
en crear un flujo que evolucione según corresponde a la evolución de la tensión
en aquel instante, pero a partir del valor φ = 0.
Así, si el cierre
de A coincide con el instante en que al flujo le correspondería por ejemplo
pasar por un máximo negativo (flujo φn), el flujo creado será un
flujo paralelo a φn pero a
partir de cero, es decir, será un flujo que, de mantenerse, sería φ0.
En realidad, debido
a la resistencia R y a otras imperfecciones del material, el flujo
transitorio φt que empieza
coincidiendo con φ0 se va centrando paulatinamente hasta confundirse
con φn pasados unos periodos.
El desplazamiento
de φ0 respecto del eje t
depende del instante en que cierra el interruptor A. Si este instante con el
paso de φn por cero, el desplazamiento es nulo. El desplazamiento es
máximo cuando el cierre de A coincide con el paso de φn por un
máximo (positivo o negativo), tal como se representa en la figura que estamos
comentando.
Nota: En esta
figurar, a efectos de simplificación, las diversas magnitudes φ e I se han
representado mediante una sola respectiva curva ya que están en fase y las
hemos supuesto proporcionales.
El valor
depende pues
del instante en que cierra A, pero depende también de la relación R/X, siendo X
la reactancia X = ω · L ( ω es la pulsación, igual a 2 π veces a frecuencia
f).
Cuando la inductancia
L es lineal, es decir, siempre que I es proporcional a φ, el valor máximo que
puede alcanzar χ es inferior a 2:
Cuando la
inductancia L no es lineal, sino que, por ejemplo:
●
Se reduce al aumentar la inducción, como ocurre
cuando el circuito magnético se cierra sobre hierro y este llega a entrar en
zona de saturación, por ejemplo conexión de transformadores en vacío: χ = 2 a 5
●
Se reduce por interposición de un entrehierro como
ocurre por ejemplo en los electroimanes. Así, a título orientativo podemos
citar una familia de contactores en la que tenemos:
χ = 2,6 para el electroimán de un contactor de 1,5 kW
χ = 22 para el electroimán de un contactor de 330 kW
2.3.- Conexión de
motores
La gran mayoría de
motores usados en arranque directo, en corriente alterna, son motores
asíncronos, de inducción, del tipo de jaula de ardilla. Para ellos se suele
considerar una punta de arranque de 6 a 8 veces. In; no obstante, este valor,
en algunos casos puede ser superior.
Cuando el arranque
no es directo, la punta de arranque depende del tipo de arranque y arrancador.
Es de notar que en los arranques estrella/triángulo, la punta en el instante de
la conexión en estrella se reduce a 1/3
del valor correspondiente al arranque directo, pero se traslada al momento de
la conmutación a triángulo, momento en que puede sobrepasar el valor 5 In.
2.4.-
Conexión de condensadores
Un condensador
descargado equivale a una resistencia de valor cero.
Supongamos C1
descargado en el instante t0 en que cierra B1; se origina
una punta de corriente Î1 limitada solamente por la resistencia R1
del circuito, de manera que:
El valor Î1
será máximo cuando el instante t0 coincida con el paso de U por su
valor máximo (positivo o negativo).
Tratándose de
corriente alterna, puede ser que en el instante t0, el condensador
retenga una tensión Ur, seriamente de una anterior desconexión. Si esta Ur, es
de sentido contrario U, la tensión efectiva aplicada a C1 en el
instante to será U + Ur, y por lo tanto, la punta de corriente inicial será:
pudiendo llegar a
ser Î’1 = 2 Î1.
Una vez conectado C1
y estabilizado el sistema, la tensión en el punto A coincidirá aproximadamente
con la tensión U/UA ≈ U.
Si entonces,
mediante el cierre de B2, conectamos un condensador cercano C2,
la punta inicial de corriente que se producirá será:
Como, por la
proximidad entre C1 y C2, se supone R2 < R1,
resulta Î2 > Î1. Igualmente Î '2
puede alcanzar el valor 2 Î2.
2.5.-
Conexión de inductancias y condensadores en serie
En el caso de
corriente continua, hemos indicado que se produce una sobretensión oscilante
amortiguada, de frecuencia ft.
Esta frecuencia ft
suele ser muy superior a los 50 Hz usuales en las redes de potencia, de manera
que, cuando la tensión de la red pasa por su valor máximo, puede considerarse
comparativamente y con suficiente aproximación, como si se tratase de corriente
continua. Así tenemos una tensión transitoria con una punta Us >
Û.
POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
POSTS RELACIONADOS:
Corriente transitoria de conexión o magnetización de
Transformadores
Cambio de régimen de un circuito
Visión simplificada del proceso de interrupción de una corriente
No hay comentarios:
Publicar un comentario