Robert Piqué López - Electrónica de potencia

Señal

Se entiende por señaltoda magnitud física que aporta información a un observador de un sistema. En el caso de los sistemas o circuitos eléctri- cos, y debido a la facilidad de su medida, se acostumbra a utilizar como señales la intensidad de corrientey la diferencia de potencialo voltaje.

En este texto se utilizarán las denominadas magnitudes (señales) analógicas,también denominadas magnitudes continuas de tiempo continuo.Dichas magnitudes se caracterizan por presentar amplitudes de valores números reales, y por estar definidas en una escala de tiempos continuos, es decir que pertenezcan a los números reales. Estas magnitudes admiten puntos singulares o discontinuidades en los que su derivada temporal no está definida.

Magnitudes periódicas

Si una magnitud cualquiera dependiente del tiempo, m(t ), cumple que

dicha magnitud se denomina periódica de período T,y puede ser caracterizada por dos valores:

- valor medio, definido por:

- valor eficaz, dado por la expresión:

El valor medio permite dividir a las magnitudes periódicas en dos grandes categorías:

Las magnitudes de continua, como aquellas de valor medio no nulo.

Las magnitudes de alterna, como aquellas de valor medio nulo.

Nótese que un caso particular de magnitudes de continua son las magnitudes constantesen el tiempo.

Las figuras 2.1 y 2.2 ilustran estos conceptos. La señal de la figura 2.1 es una magnitud de continua, en la cual se ha superpuesto su valor medio (línea fina continua). Nótese la igualdad de las áreas encerradas período a período por la señal por encima y por debajo de su valor medio. La señal de la figura 2.2 presenta el mismo aspecto que la anterior, pero se trata de una señal de alterna ya que su valor medio es nulo.

Figura 2.1. Señal de continua.

Figura 2.2. Señal de alterna.

Promediado

Se define el promediado de una magnitud m ( t ) a lo largo del intervalo finito T Sa la función

Esta expresión permite operar con un valor de TS tan pequeño como se quiera, aunque generalmente se asocie dicho valor TS a algún parámetro del circuito o sistema bajo estudio, como el período de conmutación en el caso de los convertidores estáticos de energía eléctrica.

Dicha función ( m(t) ) TScumple con las siguientes propiedades básicas:

En el caso general, el promediado de una magnitud equivale a suprimir las componentes frecuenciales de dicha magnitud a partir de la frecuencia

Si m(t) es periódica de período TS, su promediado coincide con el valor medio de dicha magnitud.

La figura 2.3 muestra una magnitud, concretamente una corriente de un convertidor estático, obtenida mediante simulación juntamente con su valor promediado.

Figura 2.3. Una magnitud i(t) y su promediado ⟨i(t)⟩Ts.

De acuerdo con la definición dada de sistema en el apartado anterior, un circuito eléctrico es un conjunto ordenado de componentes eléctricos in-terconectados entre sí por unos enlaces.

Los componentes eléctricos pueden adoptar forma de dipolos, tripolos o cuadripolos según posean, respectivamente, dos, tres o cuatro terminaleso bornes(así se llama, indistintamente, al órgano de conexión). En un caso general constituyen los multipolos.Los enlaces de dichos componentes se efectúan mediante cables conductores y algún elemento de unión, como por ejemplo una aleación depositada mediante soldadura.

Para abordar el estudio de un circuito eléctrico, es imprescindible conocer el comportamiento de todos y cada uno de los componentes que lo constituyen.

A menudo, el comportamiento eléctrico de un componente es bastante complejo. El modelo matemático con el que se trabaja se obtiene estableciendo un esquema equivalente constituido por elementosideales. Por ser ideales, dichos elementos no existen. Son los componenteslos que físicamente existen y se utilizan en los circuitos.

El modelo elegido para un determinado componente será tanto mejor cuanto más se aproxime su comportamiento teórico al comportamiento físico del mismo, determinado experimentalmente. El modelo resulta tanto más complejo cuanto más cerca está su comportamiento respecto del comportamiento del componente. Siempre se deberá llegar a un compromiso entre la complejidad del modelo y la precisión y fidelidad requeridas en los cálculos obtenidos a partir de dicho modelo.

Se distinguen dos tipos de elementos circuitales: los elementos activosy los elementos pasivos.

Los elementos activosson aquellos capaces de suministrar energía, las fuentes energía. Son componentes pasivoslos que disipan energía o bien son capaces de acumularla para luego cederla.

Las variables fundamentales de un circuito son la corriente, i(t),la tensión, u(t),la carga eléctrica, q(t),y el flujo magnético, Φ (t).Para representar cualquier componente hacen falta seis elementos de dos polos, y sólo seis, que van a permitir manipular estas cuatro variables. Estos seis elementos son:

Dos elementos activos

Fuente de corriente. Representada simbólicamente en la figura 2.4, impone una corriente, medida en A, en un conductor a lo largo de un camino cerrado. Afecta a la carga eléctrica de acuerdo con la expresión:

Figura 2.4. Símbolo de una fuente de corriente.