Sistemas eléctricos y electrónicos: circuitos, máquinas, potencia y control
Este bloque evalúa el análisis de circuitos de corriente continua y alterna, el funcionamiento de las máquinas eléctricas y el papel de la electrónica de potencia y del control en la regulación de accionamientos.
Circuitos y corriente alterna
- Ley de Ohm, Kirchhoff de nudos y mallas, divisor de tensión y teorema de Thévenin para simplificar.
- En CA: Vef = Vmáx/√2; P = V·I·cos φ (W), Q = V·I·sen φ (var), S = V·I (VA); cos φ = P/S.
- Trifásica equilibrada: P = √3·VL·IL·cos φ, con valores de línea.
- Transformador ideal: V₁/V₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁; la potencia se conserva.
Máquinas eléctricas
- Motor de CC: par proporcional al flujo y a la corriente de inducido; el arranque directo exige reóstato o tensión reducida.
- Motor asíncrono: ns = 60f/p (p = pares de polos); deslizamiento s = (ns − n)/ns, típico 2-6 %.
- Máquina síncrona: gira exactamente a ns y se emplea sobre todo en generación.
- En todas, la potencia absorbida es la útil dividida por el rendimiento.
Electrónica de potencia y control
- Diodo: rectifica. Tiristor: rectifica y regula por ángulo de disparo. IGBT/MOSFET: interruptor gobernado por PWM.
- Rectificador monofásico de media onda: Vcc = Vmáx/π ≈ 0,318·Vmáx; puente completo: 2·Vmáx/π.
- Inversor y variador de frecuencia para regular motores de CA; chopper para continua.
- Control en lazo abierto o cerrado con realimentación; regulador PID; sensores y autómata como elementos del lazo.
Ejemplo resuelto
Motor trifásico de 400 V, Pútil = 11 kW, cos φ = 0,85, η = 0,9, 4 polos, 50 Hz. Pabsorbida = 11 000/0,9 = 12 222 W; I = 12 222/(√3·400·0,85) ≈ 20,8 A. ns = 60·50/2 = 1500 rpm; con s = 3 %, n = 1500·(1 − 0,03) = 1455 rpm.
Errores que restan puntos
- Usar Vmáx en lugar de Vef en las fórmulas de potencia (doble error, √2 y 2).
- Calcular la corriente con la potencia útil y olvidar el rendimiento.
- Llamar W a los VA o confundir P y S al interpretar el cos φ.
- Invertir la relación del transformador o la fórmula del deslizamiento.
- Suponer que un motor de 4 polos gira a 1500 rpm exactas.