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1
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Objetivos
Definir el concepto de Inductancia Mutua
Definir el fenómeno de acoplamiento magnético y su utilidad en los
circuitos eléctricos.
Desarrollar la capacidad de aplicar en forma apropiada la
convención del “punto”.
Obtener circuitos equivalentes.
Aplicar el equivalente de Thévenin en circuitos que contienen
elementos acoplados.
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 1
Inductancia Mutua
d t
v tdt
v t
Autoinductancia
Para una vuelta
el voltaje
inducido es: v t
Para N
vueltas el
voltaje
inducido es:
d t
v t Ndt
L = Autoinductancia = d t
Ndi
d t d t di
v t N Ndt di dt
Pero:
di t
v t Ldt
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 2
2
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
1i t 2i t 2v t 1v t
Inductancia mutua
La capacidad de una bobina de inducir una tensión, como consecuencia
de una corriente variable circulando por ella, en otra bobina y viceversa, se
denomina Inductancia mutua.
Concepto
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 3
Inductancia Mutua
1L
2v t
21
11 1 21L
L1 Flujo en la bobina 1,
que no se une con la
bobina 2; Es producido
por la corriente en la
bobina 1
21 Flujo en la bobina 1, que
se une con la bobina 2; Flujo
mutuo. Es producido por la
corriente en la bobina 1
11 Flujo total en la bobina
1, producido por la
corriente en la bobina 1
Si no hay corriente en la bobina 2:
1i t
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 4
3
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
Simbólicamente:
1i
1v
2 0i
2v
1L
21
1L 2L
1i t
11 1 21L
11 1
dv N
dt
11 11 1
1
d div N
di dt
11 1
div L
dtL1 Autoinductancia de la bobina 1
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 5
Inductancia Mutua
Simbólicamente:
1i
1v
2 0i
2v
1L
21
1L 2L
1i t
212 2
dv N
dt
11 1 21L
21 12 2
1
d div N
di dt
11 21
div M
dtM21 Inductancia mutua de la bobina 1
respecto de la bobina 2
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 6
4
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
2L
12
22 2 12L
1v t
L2 Flujo en la bobina 2,
que no se une con la
bobina 1; Es producido
por la corriente en la
bobina 2
12 Flujo en la bobina 2,
que se une con la bobina
1; Es producido por la
corriente en la bobina 2
22 Flujo total en la
bobina 2, producido por la
corriente en la bobina 2
Si no hay corriente en la bobina 1:
2i t
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 7
Inductancia Mutua
Simbólicamente:
1 0i
1v
2i
2v
12
1L 2L
2i t
2L 22 2
dv N
dt
22 2 12L
2 22 2
2
d div N
di dt
22 2
div L
dtL2 Autoinductancia de la bobina 2
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 8
5
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
Simbólicamente:
1 0i
1v
2i
2v
12
1L 2L
2i t
2L 121 1
dv N
dt
22 2 12L
12 21 1
2
d div N
di dt
21 12
div M
dtM12 Inductancia mutua de la bobina 2
respecto de la bobina 1
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 9
Inductancia Mutua
1 1 21 12L 2 2 12 21L
Si hay corriente en ambas bobinas:
1L
21
1i t
2L
12
2i t
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 10
6
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
Si hay corriente en ambas bobinas:
1i
1v
2i
2v
21
1L 2L
2i t
2L
1L
12
1i t
1 1 12 21 L 2 2 21 12 L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 11
Inductancia Mutua
Flujo total en L1:
Está dado por el flujo en la bobina 1 ocasionado por la corriente en la
bobina 1, más o menos el flujo en la bobina 1 producido por la corriente
de la bobina 2.
Flujo total en L2:
Está dado por el flujo en la bobina 2 ocasionado por la corriente en la
bobina 2, más o menos el flujo en la bobina 2 producido por la corriente
de la bobina 1.
1 1 21 12L
2 2 12 21L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 12
7
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
1i
1v
2i
2v
1L 2L
2i t 1i t
1 211 121 1 1 1
Ldd dv N N N
dt dt dt
1 21 1 12
di div L M
dt dt
2 122 212 2 2 2
Ldd dv N N N
dt dt dt
2 12 2 21
di div L M
dt dt
Se demuestra que: 12 21M M M Inductancia mutua
El signo de la inductancia mutua depende del sentido de los flujos propio
y mutuo.
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 13
Inductancia Mutua
Recordatorio: Regla de la mano derecha
Dirección de la
corriente
El dedo pulgar de la mano derecha indica la dirección del
flujo, si los demás dedos apuntan en la dirección de la
corriente
Dirección del
Flujo
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 14
8
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
2i
2v
1i
1v
2i
2v
1i
1v
Como vimos, la inductancia mutua M puede ser positiva o negativa. Esto
depende de las direcciones relativas de los devanados.
Flujos se suman Flujos se restan
¿Como determinar las direcciones relativas de los devanados?
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 15
Inductancia Mutua
Estos puntos se colocan en los extremos de las bobinas de manera que:
Si las dos corrientes penetran ambas o salen ambas por los terminales
con punto de las bobinas, los signos de los términos correspondientes a
la inducción mutua son iguales a los signos de la autoinducción.
Si una corriente penetra por un terminal con punto y la otra sale del otro
terminal con punto, los signos de los terminales relativos a la inducción
mutua, son opuestos a los signos de las autoinducciones
Convenio de los puntos en bobinas acopladas
Para identificar esta polaridad relativa, se utiliza el convenio del
punto, que consiste en colocar un punto en cada una de las bobinas.
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 16
9
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
2i
2v
1i
1v
1 2
1 1
1 2
2 2
di t di tv t L M
dt dt
di t di tv t M L
dt dt
Caso de signos iguales
1i
1v
2i
2v
Símbolo de circuito
M
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 17
Inductancia Mutua
1 2
1 1
1 2
2 2
di t di tv t L M
dt dt
di t di tv t M L
dt dt
Caso de signos diferentes
2i
2v
1i
1v
Sentido de flujos
1i
1v
2i
2v
M
Simbólicamente
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 18
10
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Inductancia Mutua
Cuatro combinaciones de puntos.
12
div M
dt
1i
1v
2 0i M
1 0i
2v
2iM
21
div M
dt
1i
1v
2 0i M
12
div M
dt
1 0i 2i
2v
M
21
div M
dt
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 19
Inductancia Mutua
Tensiones en ambas bobinas.
1i
1v
2i
2v
M
1 21 1
di div L M
dt dt
2 12 2
di div L M
dt dt
1i
1v
2i
2v
M
1 21 1
di div L M
dt dt
2 12 2
di div L M
dt dt
1i
1v
2i
2v
M
1 21 1
di div L M
dt dt
2 12 2
di div L M
dt dt
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 20
11
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Modelo fasorial para inductores acoplados.
1 21 1
di div L M
dt dt
2 12 2
di div L M
dt dt
1 21 1V j L I j M I
2 12 2V j L I j M I
1i
1v
2i
2v
M
2L1L
1Ij M
2I
1V 2V1j L 2j L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 21
Modelo Fasorial
Según los sentidos elegidos para las corrientes, I1 entra a un punto e I2
sale del otro, por lo tanto el signo del voltaje mutuo será el opuesto al del
voltaje autoinducido:
1 21 1
1 22 2 0
SL M
M L C
R jX I jX I V
jX I R jX jX I
Ejemplo
2R
CjX
2LjX
MjX1R
1LjXSV
1I 2I
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 22
12
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
400100H
9H1
1H1 10 0v
Ejemplo
2v
En el circuito de la figura, encontrar 2
1
V
V
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 23
Modelo Fasorial
4001000j
90j1
10j1 10 0
10
V
rad / s
Según los sentidos dados para las corrientes, I1 entra a un punto e I2 sale
del otro, por lo tanto el signo del voltaje mutuo será el opuesto al del
voltaje autoinducido:
1 2
1 1
1 10 90 10
90 400 1000 0
j I j I
j I j I
Ejemplo
1I2I
22
1
400
10
V I
V
2V
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 24
13
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Ejemplo.
22
10 9090 400 1000 0
1 10
j Ij j I
j
2
1
10 90
1 10
j II
j
Despejando I1 de la primera ecuación se tiene:
2 0 1724 16 7. .I
2
1
4006 9 1
0 1724 16 7
06 7
1
,
. .,
V
V
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 25
Modelo Fasorial
Ejemplo
Dos inductores, pueden ser conectados en 4 formas diferentes. Determinar
la inductancia equivalente para cada caso.
4 3 1 2
1L2L
V
4 3 1 2
a)
M
1L2L
4 3 1 2
b)
M
1L
2L
d) V
4 3 1 2
M
2L1L
V
4 3 1 2
c)
M
1L
2L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 26
14
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Caso a)
1 2 1 2 2 V V V j L L M I
1 1
2 2
;
L
L
V j L I j M I
V j L I j M I
1 2 2 EqL
VX j L L M
IO bien:
Reactancia de inductores
acoplados conectados en
serie con flujo aditivo.
IV
4 3 1 2
j M
2j L
1j L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 27
Modelo Fasorial
Caso b)
1 2 2 EqL
VX j L L M
IO bien:
Reactancia de inductores
acoplados conectados en
serie con flujo sustractivo
4 3 1 2
M
1VI
2V
1 2 ; L LV V V 1 21 2; L LV j L I j M I V j L I j M I
V
2L
1L
V
3 4 1 2
I
j M
1V 2V
2j L1j L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 28
15
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Caso c)
1 1 2 2 1
1 22 2
1 2 1 22 2 1
;
V j L I jM I V L M V L MI I
j L L M j L L MV j L I jM I
1 21 2
2
1
2
1 2
1 222
2
Eq
V L L MI I I
j L L
L L ML
L LM M
4 3 1 2
V
M
4
3 1
2
V2j L1j L
j M
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 29
Modelo Fasorial
Caso d)
1 1 2 2 1
1 22 2
1 2 1 22 2 1
V j L I j M I V L M V L MI I
j L L M j L L MV j L I j M I
;
1 21 2
2
1
2
1 2
1 222
2
Eq
V L L MI I I
j L L
L L ML
L LM M
V
4 3 1 2
M
2L1L
3
4 1
2
V2j L1j L
j M
1I2I
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 30
16
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
1 2 2
1 1 2
100 4 3 6 6 2 0
6 2 6 8 2 2 5 0
j j I j I j I
j I j I j j j I
Ejemplo
5
3j
2j
8j 4
6j 100 01I
2I
Para el circuito de la figura encontrar 1 2eI I
Por KVL
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 31
Modelo Fasorial
1 2
1 2
4 3 8 100
8 18 5 0
j I j I
j I j I
Ejemplo
Reordenando:
1
2
4 3 8 100
8 5 18 0
j j I
j j I
1
2
20 3 3 5
8 69319
, ,
,
I
I
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 32
17
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Ejemplo
El circuito de la figura, funciona en régimen sinusoidal permanente. Se desea
obtener la impedancia entre x e y, y la potencia instantánea en la fuente
independiente.
1 1 0 5 1 1 0 5 1 A Krad μH μH mF; ; , ; ; , ;FI n R L M C
CL
FI LC 1aV1V
M
x y
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 33
Modelo Fasorial
Solución CL
FI LC 1aV1V
M
x y
11
FI I
Vj C
1 1 2 1 1 21V j LI j L I I j M I j M I I
22 1 110
Ij L I I aV j M I
j C
Resolviendo: 1 20 5 0A A, ;I I
1I 2I
1
1 5,xy
xy
VZ j
I
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 34
18
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Solución (Cont.) CL
FI LC 1aV1V
M
x y
0 75 V,xyV
1
1 5,xy
xy
VZ j
I
1
1 1 5 V,FI I
Vj C
1 1 5 90 V, cos ;v t t 1 Acos ;Fi t t
F F Fp t v t i t
1 1 2xyV j LI j M I I
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 35
Modelo Fasorial
3R1R
2j L
1I
V
2R
1j L
j M
2I
Ejercicio
Escribir las ecuaciones LVK
estándar para la red de la figura
siguiente
1 2 11 1 2 2
1 22 2 2 3 0
R j L R I R j M I V
R j M I R j L R I
Respuesta
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 36
19
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo Fasorial
Ejercicio
Escribir las ecuaciones
malla estándar para la red
de la figura siguiente
1 21 1 1 3
1 1
1 2 31 1 2 2 3 2 3
1 1
1 2 33 2 3 2 4
2
1 1
1 12 0
10
R j L I j L j M I j I Vj C j C
j L j M I j L R j L R j M I j L R j M Ij C j C
j M I R j L j M I R j L R Ij C
Respuesta
3R
1R
2j L
1IV
2R
1j L j M
2I 4R3I
2
1
j C
1
1
j C
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 37
Modelo con fuentes dependientes
En la figura se presenta un modelo de
inductancia mutua utilizando fuentes de
tensión dependientes de la intensidad del
otro circuito en serie con la reactancia del
propio.
Modelo de inductancia mutua con fuentes dependientes
1j M I2j M I
1I 2I1j L2j L
1V 2
V
1i
1v
2i
2v
M
2L1L
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 38
20
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo con fuentes dependientes
Utilizando el modelo de inductancia mutua
con fuentes de tensión dependientes
escribir las ecuaciones para el circuito
adjunto.
1i
1v
2iM
2L1L
1j L 2j L
1I
1v
2I
2j M I 1j M I
1 21 1
1 22 0
j L I j M I V
j M I j L I
11 2 22
2
j M Ij M I j L I I
j L
Despejando I2 de la segunda Ecuación:
Ejemplo 1
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 39
Modelo con fuentes dependientes
Y reemplazando en la primera:
21
11 1
2
j M IV j L I
L
2
1 1 2
1 2
V L L Mj
LI
El resultado es que se reduce el valor de la inductancia por efecto
del acoplamiento. Este hecho, generalmente no deseado, es lo
que se produce cuando se acerca un blindaje, o una cubierta
conductora, a las proximidades de una bobina (el material
conductor conforma espiras elementales en cortocircuito); pero
también se aprovecha para ajustar, reduciendo, el valor de una
inductancia utilizando como núcleo un material conductor no
ferromagnético (aluminio, cobre, plata).
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 40
21
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo con fuentes dependientes
Ejemplo 2
Resolver el caso de inductores en serie
con flujo aditivo con el equivalente de
generadores dependientes:
1 1 22 2 L L MV j L I j MI j MI j LV
j X X XI
I
V
4 3 1 2
I
M
1V 2V
I
V
1j L2j L
Solución
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 41
j MI j MI
Modelo con fuentes dependientes
C1L
R
M
100 0
2L
Ejemplo 3
Para el circuito de la figura determinar las corrientes de malla,
utilizando el modelo para inductancias mutuas con fuentes
dependientes
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 42
22
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Modelo con fuentes dependientes
C1L
R
Ai
V
2L
Bi
1I
2I
1 21 2 2
1 21 2
2
0
L L M L M
L M L C
V R j X X X I R jX X I
R j X X I R j X X I
Solución
El circuito equivalente del modelo
de inductancias acopladas con
fuentes dependientes es:
1 2 1 1 21 2 2
1 1 22 1
M M L L L
M L L C
V jX I I jX I R j X X I R jX I
jX I R jX I R j X X I
Y las ecuaciones son:
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 43
Bj Mi
Aj Mi
Potencia en inductores acoplados
Considerar un par de bobinas ideales, es decir su resistencia interna es cero,
acopladas magnéticamente, como las que se muestran en la figura. Por las
bobinas circula una corriente sinusoidal de frecuencia angular
1I 2I
1P 2P
12M
21M
1V 2V1L2L
Los voltajes inducidos son 1 1 1 12 2
2 2 2 21 1
V j L I j M I
V j L I j M I
1 21 1 2 2e
M M
j jI I I Ie e
Con
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 44
23
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Potencia en inductores acoplados
La potencia compleja en la bobina 1 está dada por:
1 1 2 11 1 1 12
1 1 2 11 1 12
1 1
2 2
1
2
* *
M M M MM
* *
M M M M
S V I j L I j M I I
S j L I I j M I I
21 1 1
*
M MI I I
1 22 12 1 2 1 1 2
1 2 1 2 1 2
*
M M M M M M
M M
j j jI I I I I I
I I cos jsen
e e e
Pero
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 45
Potencia en inductores acoplados
Reemplazando:
1 1 2 11 1 12
21 1 1 12 1 2 1 2 1 2
21 1 1 12 1 2 1 2 12 1 2 1 2
1
2
1
2
1
2
* *
M M M M
M M M
M M M M M
S j L I I j M I I
S j L I j M I I cos jsen
S j L I j M I I cos M I I sen
21 12 1 2 1 2 1 1 12 1 2 1 2
1 1
2 2M M M M M
S M I I sen j L I M I I cos
Entonces la potencia en la bobina 1 es
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 46
24
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Potencia en inductores acoplados
1 12 1 2 1 2
21 1 1 12 1 2 1 2
1
2
1
2
M M
M M M
P M I I sen
Q L I M I I cos
Por lo tanto las potencias activas y reactivas de la primera bobina es:
1 12 1 2 1 2
21 1 1 12 1 2 1 2
eff eff
eff eff eff
P M I I sen
Q L I M I I cos
Y en valores efectivos es:
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 47
Potencia en inductores acoplados
22 21 1 2 1 2 2 2 21 1 2 1 2
1 1
2 2M M M M M
S M I I sen j L I M I I cos
2 21 1 2 1 2
22 2 2 21 1 2 1 2
1
2
1
2
M M
M M M
P M I I sen
Q L I M I I cos
Similarmente para la bobina 2 se tiene
2 21 1 2 1 2
22 2 2 21 1 2 1 2
eff eff
eff eff eff
P M I I sen
Q L I M I I cos
Y en valores efectivos es
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 48
25
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Potencia en inductores acoplados
Entonces la potencia activa total entregada a las bobinas es:
1 2 12 1 2 1 2 21 1 2 1 2
12 21 1 2 1 2
Tot eff eff eff eff
Tot eff eff
P P P M I I sen M I I sen
P M M I I sen
Dado que las bobinas se suponen sin perdidas, la potencia total debe ser cero.
Esto se cumple si y solo si:
12 21 12 120 lo que implica que M M M M M
1 2 1 2 1 2Tot eff effP P P MI I sen
Entonces
Es decir, las potencias entregadas a las bobinas son iguales en magnitud pero
opuestas en signo. Esto significa que una de las bobinas absorbe la potencia
de una parte del circuito mientras que la otra la entrega a otra parte de este.
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 49
Potencia en inductores acoplados
Esta potencia es llamada potencia transferida. La dirección de la potencia
transferida depende del valor de la diferencia de los ángulos φ1 – φ2.
Lo que significa que la potencia es transferida desde la primera bobina a
través del campo magnético a la segunda bobina y al circuito externo
conectado a la segunda bobina.
Si 1 2 1 20 es decir si 0, sen 1 20 0P y P
1 2 1 2Si - 0 es decir si 0, sen Se cumple lo contrario
1 2 1 2 1 2Si 0 o es decir si 0, sen
no hay potencia transferida
1 2 1 2Si 90 es decir cuando 1, sen
La potencia transferida es máxima
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 50
26
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Potencia en inductores acoplados
Considerando ahora las potencias reactivas de dos bobinas con
acoplamiento mutuo, se puede observar que consisten de dos términos.
El primero representa la potencia de la autoinductancia de cada bobina (que
es la misma que cuando las bobinas no están acopladas)
1 2 1 2 1 2m m m eff effQ Q Q M I I cos
El segundo término representa la potencia de la inductancia mutua, que son
iguales. Entonces:
21 1 1 12 1 2 1 2eff eff eff
Q L I M I I cos
22 2 2 21 1 2 1 2eff eff eff
Q L I M I I cos
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 51
Potencia en inductores acoplados
Ejemplo.
a) La Potencia total y en las
ramas a-b y a-c
b) La potencia absorbida por
cada uno de los resistores R1
y R2
c) La potencia transferida por el
campo magnético
Para el circuito de la figura
= 377 rad/seg. encontrar:
50 j
50 j
25j
1I
a
b
5
5j
2I
I
c
eff700 V
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 52
27
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Potencia en inductores acoplados
Solución.
50 j
25j
1I
a
b
5
5j
2I
I
c
700
25
1 2 2
2 1 2
1 2 2
700 25 25 10
0 25 25 5 5
10 10
j I I j I
j I I j I
j I I j I
Las ecuaciones de malla son:
1 2 20 8824 0 5294 A 50 30 58 3 31 AI , j , I ; I j ,
Resolviendo:
1 2
1 2
700 25 25 25 15
0 25 15 30
j I j I
j I I
Reordenando
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 53
10j
Potencia en inductores acoplados
1 2 2 60 50 30 10 30 31 6 71 5 AI I I I j I j , ,
1Re 700 60 42 KW*
TP V I
Re Re 700 10 30 7 KW*
ab acP V I j
2Re Re 700 50 30 35 KW*
ac bcP V I j
Potencias total y en las ramas ab y ac
Potencia absorbida en cada resistor
22 2 2
1 1 25 31 6 25 10 30 25 KWR eff
P R I ,
22 2 2
2 2 5 58 3 5 50 30 17 KWR eff
P R I ,
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 54
28
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Potencia en inductores acoplados
1 2
1 2
25 17 42 KW
7 35 42 KW
T R R
T
P P P
P P P
La potencia transferida de la rama 2 a la rama 1 es
1 2 1 2 1 2
1 2 10 31 6 58 3 71 5 31 18 KW
TR eff eff
TR
P M I I sen
P , , sen ,
Lo que significa que la potencia restante de la segunda rama (35-17=18 KW)
es transferida a la primera rama para completar la potencia absorbida por el
resistor R1 esta es: (7+18=25KW).
Nótese que:
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 55
Energía en inductores acoplados
Para determinar la energía almacenada en las bobinas, con alimentación
sinusoidal, basta con recordar que:
2
QW
211 1 1 1 2 1 2
222 2 2 1 2 1 2
1 1
2 2 2
1 1
2 2 2
eff eff eff
eff eff eff
QW L I M I I cos
QW L I M I I cos
2 21 2 1 1 2 2 1 2 1 2
1 1
2 2Tot eff eff eff eff
W W W L I L I M I I cos
Entonces:
Y la energía total es:
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 56
29
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Energía en inductores acoplados
Al igual que la potencia activa, la potencia reactiva y la cantidad de
energía almacenada, es dependiente de la diferencia de ángulos
entre las corrientes (φ1 – φ2). Entonces si (φ1 – φ2)= 0, la energía
almacenada es máxima y si (φ1 – φ2)= ± , es mínima. En el caso
que (φ1 – φ2)=±/2, la inductancia mutua no influye en la cantidad
de energía almacenada y esta viene dada por la suma de las
energías almacenadas en las bobinas cuando estas no están
acopladas.
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 57
Energía en inductores acoplados
Caso general de alimentación variable en el tiempo
1 21 1 1 1 12 1
2 12 2 2 2 21 2
1)
2)
di dip v i L M i
dt dt
di dip v i L M i
dt dt
1 1 1 21
1 1 2 1 1 1 1 1 1 10 0 0
1
2
t t tdiw t p p dt L i dt L i di L I
dt
La potencia suministrada a los inductores de la figura es:
1i
1v
2i
2v
M
Asumiendo que no hay energía almacenada previamente, en t = 0, se comienza
a incrementar desde cero hasta 1 1 1 1 en el instante ,i t I t1i
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 58
30
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Energía en inductores acoplados
2
1
2
2 22 12 1 2 2
2
12 1 2 2 2 12 1 2 2 20
1
2
t
t
t
di diw t M I L i dt
dt dt
M I L i di M I I L i
Como segundo paso, se mantiene y se incrementa hasta un
instante en que .
1 1 1i t I 2i
2t 2 2 2i t I Durante ese intervalo 1 0/di dt
Entonces la energía almacenada en el instante es: 2t
2 2
2 1 2 1 1 12 1 2 2 2
1 1
2 2 w t w w L i M I I L i
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 59
Energía en inductores acoplados
Si el procedimiento seguido para obtener la energía se aplica exactamente
en la misma forma, pero invirtiendo los papeles de las bobinas 1 y 2, es
decir, se fija i1 en cero hasta t1 y luego se hace i2 constante a partir de ese
instante t1, se obtiene w2 anterior pero, con los índices cambiados, es decir:
Lo único que difiere en las dos expresiones para w(t2) es la forma en que
se llego a este estado. Pero dado que la energía no depende de la forma
en que se llegue a un estado final sino únicamente del valor de ese estado,
estas dos expresiones son iguales; es decir:
2 2
2 2 2 1 1 2 21 2 1
1 1
2 2 w t L I L I t M I I
21 12 M M M
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 60
31
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Energía en inductores acoplados
1i
1v
2iM
2v
1i
1v
2i
M
2v
2 2
2 2 1 1 2 1
1 1
2 2 w L i L i Mi i
1i
1v
2i
M
2v
1i
1v
2iM
2v
2 2
2 2 1 1 2 1
1 1
2 2 w L i L i Mi i
Los signos de M siguen la regla de los puntos
Redes Eléctricas I. V. Paredes G 61
Coeficiente de Acoplamiento
2 2
2 2 1 1 2 1
1 1
2 2 w L i L i Mi i
La energía almacenada en una red pasiva es positiva para todo valor de M,
L1, L2, i1, e i2. Rescribiendo la expresión para la energía:
En la forma:
2
1 1 2 2 1 2 1 2 2 1
1
2 w L i L i L L i i Mi i
Se tiene que, como la energía es positiva, se debe cumplir que:
1 2 1 2 L L M M L L
32
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Coeficiente de Acoplamiento
De aquí se define el coeficiente de acoplamiento como la fracción del flujo
total, producido por ambas bobinas, que es común a ambas bobinas.
Matemáticamente:
1 2
M
kL L
Y dado que 1 2M L L entonces 0 1 k
El medio a través del cual se acoplan las bobinas.
La distancia entre los ejes de las bobinas.
La orientación que tengan entre sí los ejes de las bobinas.
Los valores de acoplamiento de bobinas dependen de.
Coeficiente de Acoplamiento
1i
1v
2 0i
2v
1L
21
1L 2L
1i t
1 0i
1v
2i
2v
12
1L 2L
2i t
2L
k puede ser expresado en
términos del flujo en la forma:
12
11 12
21
21 22
or
k
k
1k Acoplamiento perfecto
11 22
33
Tema II: Circuitos Acoplados Magnéticamente
Coeficiente de Acoplamiento
K alto; ≥ 0,5 K cercano a 1
Bajo acoplamiento k pequeño 0,5
Formas de variar el coeficiente de acoplamiento