Condensadores, transformadores y bobinas

Condensadores, transformadores y bobinas

1. Condensadores, Transformadores y Bobinas Juan Pablo Diaz Osorio Julian David Hernandez Cubillos 10G

2. Condensador eléctrico Un  condensador  (en inglés,  capacitor) ,es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar  energía sustentando un campo eléctrico.

3. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o  placas , en situación de influencia total separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

4. Funcionamiento La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.

5. Energía almacenada El condensador almacena carga eléctrica, debido a la presencia de un campo eléctrico en su interior, cuando aumenta la diferencia de potencial en sus terminales, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede obtener que la energía , almacenada por un condensador con capacidad , que es conectado a una diferencia de potencial , viene dada por :

6. Comportamiento en corriente continua Un condensador real en CC (DC en inglés) se comporta prácticamente como uno ideal, es decir, como un circuito abierto. Esto es así en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos eléctricos transitorios que inciden sobre la d.d.p.

7. Comportamiento en corriente alterna En CA, un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el nombre de reactancia capacitiva, X C , cuyo valor viene dado por la inversa del producto de la pulsación () por la capacidad, C:

8. Carga y descarga Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a través de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circulará en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.

9. Carga V(t )=V º  (1-e -t/ RC ) I(t )= v º / R  (e -t/ RC ) Descarga V(t )=V º  (e -t/ RC ) I(t )= -  v º / R  (e -t/ RC ) En donde: V(t) es la tensión en el condensador . V  es la tensión de la fuente . I(t ) la intensidad de corriente que circula por el circuito . RC es la capitancia del condensador en faradios multiplicada por la resistencia del circuito en Ohmnios .

10. Usos Los condensadores suelen usarse para: Baterías, por su cualidad de almacenar energía. Memorias, por la misma cualidad. Filtros. Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes. Demodular AM, junto con un diodo. El flash de las cámaras fotográficas. Tubos fluorescentes. Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

11. Transformador El  transformador  es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética.

12. Funcionamiento Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnético variable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario .

13. Historia Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción La primera "bobina de inducción" para ver el uso de ancho fueron inventadas por el Rev. Nicholas Callan College de Maynooth, Irlanda en 1836, uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la FEM.

14. El nacimiento del primer transformador Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri de la compañía Ganz crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores:

15. Según sus aplicaciones Tipos de transformadores Transformador elevador/reductor de tensión Transformadores elevadores Transformadores variables Transformador de aislamiento Transformador de alimentación Transformador trifásico Transformador de pulsos Transformador de línea o  Flyback Transformador diferencial de variación lineal

16. Transformador con diodo dividido Transformador de impedancia Estabilizador de tensión Transformador híbrido o bobina híbrida Balun Transformador electrónico Transformador de frecuencia variable Transformadores de medida

17. Según su construcción Autotransformador Transformador con núcleo toroidal Transformador de grano orientado Transformador de núcleo de aire Transformador de núcleo envolvente Transformador piezoeléctrico

18. Inductor  o  bobina Un  inductor  o  bobina  es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético .

19. Construcción Un inductor está constituido normalmente por una cabeza hueca de una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.

20. El inductor consta de las siguientes partes: Devanado inductor:  Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica. Culata:  Es una pieza de sustancia ferro magnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina. Pieza polar:   Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar .

21. Núcleo:  Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor. Expansión polar:  Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro. Polo auxiliar o de conmutación:  Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia.

22. Energía almacenada La bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía , almacenada por una bobina con inductancia , que es recorrida por una corriente de intensidad , viene dada por:

23. Comportamiento en corriente continua Una bobina ideal en corriente continua se comporta como un cortocircuito (conductor ideal), ya que al ser  i(t)  constante, es decir, no varía con el tiempo, no hay autoinducción de ninguna f.e.m.

24. Comportamiento en corriente alterna En corriente alterna, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente eléctrica que recibe el nombre de  reactancia inductiva , , cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación () por la inductancia, L:

25. Asociaciones comunes Al igual que las resistencias, las bobinas pueden asociarse en serie (figura 6), paralelo (figura 7) o de forma mixta. En estos casos, y siempre que no exista acoplamiento magnético, la inductancia equivalente para la asociación en serie vendrá dada por:

26. Para la asociación en paralelo tenemos:

27. Comportamiento a la interrupción del circuito Examinemos el comportamiento práctico de un inductor cuando se interrumpe el circuito que lo alimenta. En el dibujo de derecha aparece un inductor que se carga a través una resistencia y un interruptor. El condensador dibujado en punteado representa las capacidades parásitas del inductor.

28. Análisis de transitorios La regla es que, para evitar los arcos o las sobretensiones, hay que proteger los circuitos previendo un pasaje para la corriente del inductor cuando el circuito se interrumpe. En el diagrama de la derecha hay un ejemplo de un transistor que controla la corriente en una bobina (la de un relé, por ejemplo).

29. Muchas gracias Juan Pablo Diaz Osorio: [email protected] Julián David Hernández Cubillos: [email protected]