Resultats d'aprenentatge

En finalitzar aquesta unitat l'alumne/a:

1. Fa càlculs en circuits elèctrics de corrent altern (CA) monofàsica, aplicant les tècniques més adequades.

• Identifica la forma de generar CA monofàsic.
• Identifica les característiques d’un senyal sinusoïdal.
• Reconeix els valors característics de la CA.
• Descriu les relacions entre tensió, intensitat i potència en circuits bàsics de CA amb resistències, amb bobines pures i amb condensadors purs.
• Calcula tensions, intensitats i potències en circuits de CA amb acoblament en sèrie de resistències, bobines i condensadors.
• Dibuixa els triangles d’impedàncies, tensions i potències en circuits de CA amb acoblament en sèrie de resistències, bobines i condensadors.
• Calcula el factor de potència de circuits de CA.
• Mesura tensions, intensitats, potències i factors de potència, observant les normes de seguretat dels equips i de les persones.
• Relaciona el factor de potència amb el consum d’energia elèctrica.
• Identifica la manera de corregir el factor de potència d’una instal·lació.
• Calcula les potències, intensitat i factor de potència d’una instal·lació monofàsica senzilla.
• Calcula caigudes de tensió en línies monofàsiques de CA.
• Descriu el concepte de ressonància, les seves característiques i aplicacions.
• Identifica les característiques, formes de connexió i simbologia d’aparells de mesura de tensió, intensitat, potència i factor de potència (voltímetre, amperímetre, multímetre, fasímetre, wattímetre i pinça amperimètrica i wattimètrica).
• Duu a terme les tasques que cal fer individualment amb autosuficiència i seguretat.

Mapa conceptual

Material didàctic

• Introducció als circuits de corrent altern
• Càlculs i paràmetres en corrent altern

Material imprimible

Resum

En aquesta unitat didàctica estudiarem els circuits de corrent altern incloent-hi com es fan els seus càlculs.

En la generació i el transport de l'energia elèctrica es fa servir el corrent altern trifàsic, mentre que en el consum el corrent és monofàsic i trifàsic.

El corrent altern té avantatges respecte del corrent continu pel que fa a la producció, el transport, la distribució i la utilització de l'energia elèctrica. El corrent continu és un corrent elèctric que no canvia de sentit i, en general, s'assumeix que el seu valor és constant. El corrent altern, en canvi, es caracteritza pel canvi periòdic de valor i sentit de les magnituds principals que el defineixen.

Per poder treballar amb senyals de corrent altern sinusoïdal, primer hem de poder dir què és una ona periòdica i quins en són els valors característics. També hem de conèixer les regles principals de trigonometria. El corrent altern és el corrent que es caracteritza pel canvi periòdic de valor i sentit de les magnituds principals que el defineixen. Les magnituds que defineixen un senyal sinusoïdal són les següents:

* Amplitud: és el valor màxim que pot assolir el senyal.

* Freqüència: és la velocitat de variació del senyal.

* Desfasament: és l'avançament (o retard) que un senyal té envers un altre. Evidentment, només es pot definir respecte a una referència coneguda.

L'expressió matemàtica d'una ona sinusoïdal és la següent:

Aquí, v és el valor de la funció en l'instant actual i V_màx és el valor màxim de la funció. ω és la pulsació o velocitat angular del radi r expressada en radians per segon, és a dir, l'angle recorregut per unitat de temps.

Si quan es dóna una volta sencera (2 · π rad) es tarda un temps T (període), la velocitat angular serà la següent:

Aquí, T és el període de temps expressat en segons.

Entre els receptors de corrent elèctric que es poden construir es produeixen diversos efectes que es poden modelitzar amb tres components clarament diferenciats. Són els efectes a causa de resistències, bobines i condensadors.

Per resoldre, planificar i manipular sistemes de corrent altern es fan servir les normes i les lleis universals de l'electricitat, amb les particularitzacions obligatòries del corrent altern enfront del comportament dels circuits i els sistemes en corrent continu. En concret, revesteixen especial importància conceptes com la ressonància i el factor de potència. Tot això és degut al fet que, immersos en senyals i alimentacions en altern, és a dir, amb l'aparició de la freqüència com a paràmetre representatiu d'un senyal, els condensadors i les bobines es comporten com a impedàncies, el valor de les quals depèn de la freqüència.

El factor de potència d'un circuit de corrent altern és la relació entre la potència activa (P) i la potència aparent (S). També es pot definir com el cosinus de l'angle que formen els fasors de la intensitat i la tensió.

Cal tenir en compte les conclusions següents, que són importants:

• Un factor de potència baix comparat amb un altre d'alt origina, per a una mateixa potència, una demanda d'intensitat més gran, la qual cosa implica la necessitat d'utilitzar cables amb una secció més gran.
• La potència aparent és més gran com més baix és el factor de potència, la qual cosa origina una dimensió dels generadors més gran.

Les pèrdues d'energia en les línies de transport d'energia elèctrica augmenten a mesura que creix la intensitat. Tal com s'ha comprovat, com més baix és el factor de potència d'una càrrega, més corrent fa falta per aconseguir la mateixa quantitat d'energia útil. Per tant, les companyies subministradores d'electricitat, per aconseguir més eficiència en la seva xarxa, requereixen que els usuaris, especialment els que utilitzen grans potències, mantinguin els factors de potència de les seves respectives càrregues dins d'uns límits especificats. En cas contrari, estan obligades a abonar pagaments addicionals per l'energia reactiva.

La millora del factor de potència s'ha de fer d'una manera acurada a fi de mantenir-lo tan alt com sigui possible. Per aquesta raó, en casos de grans variacions en la composició de la càrrega és preferible que la correcció es faci per mitjans automàtics.

Un nombre complex es pot representar de manera algebraica o també de manera polar.

Figura . Circuit en sèrie

Quan es té un circuit en sèrie, tal com s'indica en la figura , i se'n vol determinar la impedància en forma complexa, es pot fer mitjançant:

• La representació en forma algebraica (Z = a + jb = 5 + j10), en què R = 5 és la part real i X_L = j10 és la part imaginària positiva.
• La representació argumental o polar Z = m_∠φ, en què m és el mòdul i φ és l'angle o argument.

Per obtenir el mòdul i l'angle s'utilitzen les fórmules següents:

L'electroluminescència es l'emissió de llum que presenten certs sòlids quan són excitats per un camp elèctric.

Quan es parla de magnituds lluminoses fonamentals s'ha de parlar de dos components bàsics que han de ser objectes d'una avaluació: la font de llum i l'objecte o l'estança que s'ha d'il·luminar.

Per exemple, no és el mateix il·luminar una estança de la qual es farà un ús determinat, com treballar a casa, que il·luminar una cuina o un safareig. En aquests casos, el temps que passem a cada lloc de l'habitatge és diferent, igual que la utilitat que tenen.

La luminotècnia és la tècnica que consisteix a il·luminar artificialment un espai des d'un punt de vista més o menys artístic.

En luminotècnia hi ha unes magnituds i unes unitats de mesura fonamentals per entendre després un càlcul correcte d'il·luminació en un habitatge o un taller. Aquestes magnituds són les següents:

• Flux lluminós o potència lluminosa

• Rendiment lluminós

• Quantitat de llum

• Intensitat lluminosa

• Il·luminació

• Luminància

Més informació