Circuitos eléctricos con corriente no sinusoidal

Corrientes no sinusoidales y su descomposición.

En un circuito eléctrico, las corrientes no sinusoidales pueden ocurrir por dos razones:

1. el circuito eléctrico en sí es lineal, pero un voltaje no sinusoidal actúa sobre el circuito,

2. el voltaje que actúa sobre el circuito es sinusoidal, pero el circuito eléctrico contiene elementos no lineales.

Puede haber ambas razones. Este capítulo trata de los circuitos solo para el primer punto. En este caso, las tensiones no sinusoidales se consideran periódicas.

Los generadores de pulsos periódicos se utilizan en varios dispositivos de ingeniería de radio, automatización, telemecánica. La forma de los pulsos puede ser diferente: sierra, escalonada, rectangular (Fig. 1).

Figura 1. Formas de pulso

Los fenómenos que ocurren en un circuito eléctrico lineal bajo voltajes periódicos pero no sinusoidales son más fáciles de estudiar si la curva de voltaje se expande en una serie trigonométrica de Fourier:

El primer término de la serie A0 se denomina componente constante o armónico cero, el segundo término de la serie

— la fundamental o primer armónico y todos los demás miembros de la forma

para k > 1 se denominan armónicos superiores.

Si en la expresión (3.1) abrimos el seno de la suma, entonces podemos pasar a otra forma de escribir la serie:

Si la función es simétrica respecto al eje de abscisas, entonces la serie no contiene un componente constante. Si la función es simétrica respecto al eje de ordenadas, entonces la serie no contiene senos. La función es simétrica con respecto al origen y no contiene cosenos.

En una tabla se dan algunos ejemplos de expansión en serie. 1 y también están disponibles en la literatura de referencia.

Tabla 1. Expansión de la serie de Fourier

Cálculo de circuitos de corriente no sinusoidal

El circuito se calcula para cada armónico según el modelo. El circuito se calcula tantas veces como armónicos haya en la tensión que actúa sobre el circuito. En este caso, es necesario tener en cuenta una serie de características.

Cabe señalar que la resistencia del elemento inductivo aumenta a medida que aumenta el número armónico.

y el elemento capacitivo, por el contrario, disminuye:

También hay que tener en cuenta que la componente constante de la corriente no pasa por el condensador y la inductancia no es una resistencia a este.

Además, no se deben olvidar los posibles fenómenos de resonancia no solo en el armónico fundamental, sino también en los armónicos superiores.

Diagramas vectoriales se puede trazar para cada armónico por separado.

Según el principio de superposición, la corriente de cada rama puede consistir en la suma de los términos individuales (cero, fundamental y armónicos superiores):

El valor rms de la corriente de rama total se puede determinar por el valor promedio de las corrientes armónicas individuales:

La potencia activa de la corriente no sinusoidal es igual a la suma de las potencias activas de los armónicos individuales:

A continuación se muestra un ejemplo general para calcular circuitos de corriente no sinusoidales. Todas las corrientes, voltajes, resistencias tendrán dos índices: el primer dígito significa el número de rama y el segundo dígito el número armónico. Voltaje de entrada:

• componente permanente

Figura 2. Esquema eléctrico

• Mayor armónico:

• Tercer armónico:

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