Sistemas eléctricos y electrónicos: circuitos, máquinas, potencia y control
La PAU evalúa análisis de circuitos de continua y alterna, comportamiento de máquinas eléctricas, convertidores de potencia y lazos de control. Los ejercicios suelen mezclar cálculo fasorial, factor de potencia y electrónica básica.
Circuitos y corriente alterna
- Leyes de Kirchhoff, Thévenin, Norton y superposición. En alterna, usa fasores e impedancias: ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC).
- Potencias: P = V·I·cosφ; Q = V·I·senφ; S = V·I; S² = P² + Q². En trifásica equilibrada, P = √3·VL·IL·cosφ.
- Corrección del factor de potencia: Qc = P(tanφ1 - tanφ2); C = Qc/(V²ω) en monofásica.
- Transformador ideal: V1/V2 = N1/N2 = I2/I1. Motor asíncrono: deslizamiento s = (ns - n)/ns; ns = 60f/p. Motor de continua: E = KΦω y par proporcional a ΦI.
Electrónica de potencia y control
- Diodos, tiristores, transistores IGBT/MOSFET; rectificador, chopper, inversor y PWM. La PWM controla valor medio de tensión y reduce armónicos.
- Amplificador operacional en comparador, sumador e integrador; lazo abierto frente a lazo cerrado; PID y efecto de la integral (elimina error estacionario) y de la derivada (anticipa).
Ejemplo resuelto
Un motor monofásico de 230 V y 50 Hz consume P = 2 kW con cosφ1 = 0,7. S = P/cosφ = 2 857 VA; I = S/V = 12,4 A; Q1 = P·tanφ1 = 2 000×1,020 = 2 041 var. Para cosφ2 = 0,95, tanφ2 = 0,329 y Qc = 2 000(1,020-0,329) = 1 382 var. C = Qc/(V²ω) = 1 382/(230²×314,16) = 8,3×10⁻⁵ F ≈ 83 µF. La corriente baja y se reduce la potencia aparente contratada.
Errores que restan puntos
- Mezclar valor de pico y valor eficaz; en alterna los cálculos usan eficaz salvo indicación contraria.
- Olvidar el desfase entre tensión y corriente o el signo de Q.
- No usar √3 en trifásica o confundir tensión de línea y de fase.
- Aplicar la fórmula del condensador con ω en Hz en lugar de rad/s.
- Confundir rectificador, chopper e inversor.
- Ignorar el arranque y el deslizamiento del motor asíncrono.