Resonancia
Resonancia Eléctrica La resonancia es un fenómeno que se produce cuando coincide la frecuencia de un sistema, ya sea mecánico o eléctrico, con una fuente externa a la misma frecuencia. En un sistema eléctrico sucede cuando tenemos una impedancia inductiva en paralelo con una impedancia capacitiva y ambas impedancias se igualan, dando en su lugar un aumento de la impedancia total del sistema. Quizás la más común aplicación de la resonancia es como selector de frecuencia. La resonancia está presente cuando ajustamos la frecuencia natural de oscilación de un circuito receptor hasta igualarla a la frecuencia de las ondas de una estación de radio o TV.
Impedancia inductiva y capacitiva
Supongamos que tenemos un esquema como el que aparece en la figura, donde tenemos la alimentación de un transformador, una serie de cargas lineales, cargas no lineales y una batería de condensadores. Su circuito equivalente sera aproximadamente el que se muestra al lado del esquema, donde tendremos representado el transformador como una impedancia inductiva (Xt), la batería de condensadores como una impedancia capacitiva (Xsc), otras componentes activas y reactivas de las cargas lineales y no lineales, y la fuente de distorsión de corriente armónica por parte de las cargas no lineales.
Esta impedancia inductiva y capacitiva en paralelo se puede calcular con la expresión: El valor de impedancia se hace máximo cuando se iguala la impedancia inductiva del transformador con la impedancia capacitiva de la batería de condensadores (Xt = Xsc). Esto se producirá a una frecuencia determinada, que llamaremos frecuencia de resonancia (fr).
Gráficamente lo podemos representar como un pico de impedancia a la frecuencia de resonancia. La forma más habitual para calcular aproximadamente la frecuencia de resonancia es utilizando la ecuación: Donde: f= frecuencia fundamental (50 o 60 Hz) Scc= potencia de cortocircuito en kVA Q = potencia reactiva de la batería de condensadores tambien en kvar.
Por ejemplo, si tenemos un transformador de 1000 kVA, una tensión de cortocircuito o ucc del 5% y una batería de condensadores de 400 kvar, la frecuencia de resonancia será: Destacar también que la frecuencia de resonancia de un sistema, no es fija sino que se puede ir desplazando en función. Por ejemplo, si aumentamos o disminuimos la potencia de la batería de condensadores, o si esa misma batería es conectada sobre un sistema que presente una potencia de cortocircuito inferior, como puede ser el caso de trabajar sobre un grupo electrógeno en isla.
Resonancia en Serie En un circuito de corriente alterna en serie, al aumentar la frecuencia aumentan la reactancias inductivas mientras que las reactancias capacitivas disminuyen, ya que: Llamamos frecuencia de resonancia del circuito f0 a la frecuencia para la cual se igualan los valores absolutos de ambas impedancias y se compensan entre sí por ser de signo contrario. Por tanto, una reactancia inductiva en serie puede compensarse mediante una reactancia capacitiva en serie del mismo valor absoluto. El valor de f0 se calcula teniendo en cuenta que XL=XC
En un circuito en resonancia en serie las tensiones en la bobina y en el condensador son iguales y de fase opuesta y son Q veces superiores a la tensión aplicada, siendo Q el llamado factor de calidad, que es adimensional. El factor de calidad da un índice de la ganancia en tensión que se obtiene del fenómeno de la resonancia. A la resonancia en serie se le denomina resonancia en tensión.
Factor de Calidad Para un sistema de resonancia eléctrica, el factor Q representa el efecto de la resistencia eléctrica y, para los resonadores electromecánicos como los cristales de cuarzo , la fricción mecánica . El ancho de banda de 2 caras con respecto a una frecuencia de resonancia de F 0 Hz es F 0 / Q . Por ejemplo, una antena sintonizada para tener un valor Q de 10 y una frecuencia central de 100 kHz tendría un ancho de banda de 3 dB de 10 kHz.
Resonancia en paralelo La resonancia de un circuito RLC paralelo es un poco mas compleja que la resonancia serie. La frecuencia resonante se puede definir de tres formas diferentes, que convergen en la misma expresión que la frecuencia resonante serie, si la resistencia del circuito es pequeña.
Efectos de la resonancia eléctrica Amplificación de la distorsión en tensión: Al verse aumentada la impedancia del sistema a una frecuencia de resonancia, la presencia de corriente armónica próxima a dicha frecuencia producirá una mayor caída de tensión armónica, y por tanto se verá incrementado el valor de THDU% para toda la instalación. Degradación de la batería de condensadores: Precisamente al aumentar la distorsión en tensión y la impedancia a la frecuencia de resonancia, hará que la batería de condensadores absorba más corriente armónica, produciendo un mayor calentamiento de los condensadores, acabando dañandolos con relativa celeridad en función de la severidad de la resonancia.