ELETTROTECNICA Livello 16 Circuiti in AC Andrea Ros sdb Livello 16 Circuiti in corrente alternata Sezione 1 Circuito puramente resistivo Abbiamo definito pulsazione o velocità angolare la grandezza “omega”: ω = 2π f Per la normale frequenza di rete avremo sempre: ω = 2π ⋅ 50 = 314 r ad /s Un carico viene definito puramente resistivo o ohmico quando è costituito da un resistore ideale: lo sono ad es. le resistenze delle stufe elettriche, dei bollitori, dei ferri da stiro... In un circuito di questo tipo, dato il valore istantaneo della tensione applicata: v(t) = Vp ⋅ sinωt la corrente in ogni istante sarà data dalla legge di Ohm: v(t) i(t) = R 2 e sarà anch’essa una grandezza sinusoidale, esattamente in fase con la tensione: questo significa che negli istanti in cui la tensione è massima sarà massima anche la corrente, come in figura: Possiamo rappresentare questa situazione con due vettori rotanti, uno che indica la tensione V e uno che indica a corrente I, entrambi nella stessa direzione. Se immaginiamo che questi due vettori ruotino con una velocità angolare ω, l’altezza raggiunta dalla loro punta indicherà il valore istantaneo della corrente e della tensione: 3 Sezione 2 Circuito puramente induttivo Prendiamo ora un circuito composto puramente da una bobina di induttanza L: In pratica l’induttanza si comporterà come una specie di resistenza che diventa tanto più grande quanto maggiore è la frequenza. Definiamo la reattanza induttiva come: XL = ωL Essa si misura ancora in ohm, e per il nostro circuito puramente induttivo potremo riscrivere così la legge di Ohm: Abbiamo visto che in corrente continua, all’apertura e alla chiusura dell’interruttore, si forma una f.e.m. di autoinduzione. I= V XL dove I e V rappresentano il valore efficace della corrente e della tensione. In un circuito in corrente alternata, dato che la tensione varia continuamente, avremo costantemente anche una caduta di tensione dovuta alla f.e.m. autoindotta. 4 Tornando a quanto avevamo visto nei circuiti RL in corrente continua, ricorderai che non appena si applicava chiudeva l’interruttore si aveva un picco di tensione mentre la corrente iniziava a salire e arrivava al suo massimo dopo circa 5τ . Con i vettori rotanti la situazione può essere rappresentata così: Lo stesso avviene nei circuiti in corrente alternata: di fatto la corrente è sempre in ritardo di 90° sulla tensione: 5 Sezione 3 Circuito puramente capacitivo Prendiamo infine un circuito composto puramente da un condensatore di capacità C: Essa si misura ancora in ohm, e per il nostro circuito puramente capacitivo potremo riscrivere così la legge di Ohm: I= V XC dove I e V rappresentano il valore efficace della corrente e della tensione. Definiamo la reattanza capacitiva come: 1 XC = ωC Tornando a quanto avevamo visto nei circuiti RC in corrente continua, ricorderai che non appena si chiudeva l’interruttore si aveva un picco di corrente mentre la tensione iniziava lentamente a salire e arrivava al suo massimo dopo circa 5τ . 6 Lo stesso avviene nei circuiti in corrente alternata: di fatto questa volta però è la tensione ad essere in ritardo di 90° rispetto alla corrente: Con i vettori rotanti la situazione può essere rappresentata così: 7 Sezione 4 Valori istantanei Per un circuito puramente resistivo possiamo scrivere i seguenti valori istantanei di tensione e corrente: v(t) = VP ⋅ sin(ωt) {i(t) = VP R ⋅ sin(ωt) e cioè la corrente ha un valore di picco dato dalla legge di Ohm ( VP /R ) ed è in fase con la tensione. Per un circuito puramente induttivo possiamo scrivere i seguenti valori istantanei di tensione e corrente: v(t) = VP ⋅ sin(ωt) i(t) = VP XL ⋅ sin(ωt − 2 ) π e cioè la corrente ha un valore di picco dato dalla legge di Ohm ( VP /XL ) ed è in ritardo di 90° rispetto π alla tensione, e cioè radianti. 2 8 Per un circuito puramente capacitivo possiamo scrivere i seguenti valori istantanei di tensione e corrente: v(t) = VP ⋅ sin(ωt) i(t) = VP XC ⋅ sin(ωt + 2 ) π e cioè la corrente ha un valore di picco dato dalla legge di Ohm ( VP /XL ) ed è in anticipo di 90° π rispetto alla tensione, e cioè radianti. 2 9