En este post te explicamos qué son los circuitos RL y cuáles son sus características. Así pues, podrás ver el funcionamiento de un circuito RL, cuáles son las fórmulas del circuito RL y cuáles son las aplicaciones de este tipo de circuito eléctrico.
Índice
¿Qué es un circuito RL?
Un circuito RL es un circuito eléctrico formado por una resistencia y una bobina en serie. Es decir, un circuito RL tiene una resistencia y una bobina conectados uno detrás del otro, de manera que por los dos componentes circula la misma intensidad.
Los circuitos RL tienen muchas aplicaciones en electrónica, sirven para hacer el filtrado de señales, temporizar eventos o controlar motores. Más abajo veremos en detalle para qué se usa un circuito RL.
Funcionamiento de un circuito RL
Cuando se aplica una fuente de voltaje al circuito RL, inicialmente hay una diferencia de potencial a través de la bobina y la resistencia, por lo que una corriente eléctrica comienza a fluir a través del circuito.
Debido a la inductancia de la bobina, hay una tendencia a oponerse a los cambios en la corriente, es decir, la bobina opone resistencia a los cambios bruscos en la corriente. Por lo tanto, al principio la corriente aumenta lentamente, ya que la inductancia se opone al cambio en la corriente.
Así pues, la intensidad de la corriente va aumentando hasta alcanzar su valor máximo, el cual depende del voltaje suministrado por la fuente y la resistencia total del circuito. A este punto, la inductancia ya no se opone a un cambio en la corriente y la corriente se estabiliza.
Ten en cuenta que la resistencia del circuito RL disipa energía en forma de calor y limita la intensidad de la corriente del circuito.
En definitiva, en un circuito RL, la inductancia de la bobina introduce un retardo en el valor de la corriente, de manera que alcanza su valor máximo después de un periodo de tiempo, por otro lado, la resistencia limita el valor de la corriente y disipa energía en forma de calor.
Fórmulas del circuito RL
A continuación se muestran las fórmulas que te permitirán analizar un circuito eléctrico RL.
Constante de tiempo del circuito RL
La constante de tiempo de un circuito RL es un valor que caracteriza el comportamiento del circuito, cuanto mayor sea su valor, significa que más tiempo se necesita para que la corriente llegue a su valor máximo.
La constante de tiempo de un circuito RL es igual a la inductancia de la bobina dividido por el valor de la resistencia:
Donde:
es la constante de tiempo del circuito RL.
es la inductancia de la bobina
es el valor de la resistencia.
Tiempo del régimen transitorio
El tiempo del régimen transitorio se refiere al tiempo que necesita el circuito para que la intensidad de la corriente alcance su valor máximo.
No obstante, este tiempo es infinitamente largo, por lo que en la práctica se considera que el tiempo del régimen transitorio es hasta que la corriente llega al 99% de su valor máximo, esto es, aproximadamente cinco veces la constante de tiempo del circuito.
Donde:
es el tiempo de régimen transitorio del circuito.- es la constante de tiempo del circuito RL.
Corriente de la bobina
Inicialmente, la corriente de la bobina es nula. Y cuando se conecta el circuito, la corriente de la bobina no pasa instantáneamente a su valor máximo, sino que que la bobina introduce un efecto retardo y por tanto pasa un tiempo (tiempo de régimen transitorio) hasta que la corriente de la bobina alcanza su valor máximo.
Así pues, la corriente de la bobina queda definida por la siguiente ecuación:
Donde:
es la corriente de la bobina en el instante de tiempo t.
el voltaje de entrada, es decir, el voltaje proporcionado por el generador.- es el valor de la resistencia.
es el instant de tiempo en el que se calcula la corriente de la bobina.- es la constante de tiempo del circuito RL.
Voltaje de la resistencia y de la bobina
El voltaje de la resistencia y de la bobina de un circuito RL varían según el tiempo pero de distinta forma. El voltaje de la resistencia aumenta con el tiempo, mientras que el voltaje de la bobina disiminuye.
Las fórmulas que describen la evolución del voltaje de la resistencia y de la bobina en función del tiempo son las siguientes:
Donde:
es el voltaje de la bobina en el instante de tiempo t
es el voltaje de la resistencia en el instante de tiempo t
es el voltaje de entrada.- es el instante de tiempo en el que se calcula el voltaje.
- es la constante de tiempo del circuito RL.
Circuito RL en paralelo
Normalmente los circuitos RL se conectan en serie, de manera que la resistencia y el condensador está conectados de manera seguida. No obstante, estos dos elementos también pueden conectarse en paralelo.
Así pues, un circuito RL en paralelo está formado por una resistencia y una bobina en paralelo. Al estar conectados en paralelo, ambos componentes tienen el mismo voltaje.
En este caso, la intensidad de corriente de cada componente se calcula de la siguiente manera:
Donde:
es la intensidad de la corriente que circula por la resistencia.
es la intensidad de la corriente que circula por la bobina.- es el voltaje de entrada del circuito RL.
- es el valor de la resistencia.
es la frecuencia angular del circuito.- es la inductancia de la bobina
En general, los circuitos RL en paralelo tienen menos interés que los circuitos RL en serie, ya que el voltaje de salida es el mismo que el voltaje de entrada, por lo que el voltaje no se ve alterado.
Aplicaciones del circuito RL
Los circuitos eléctricos RL tienen una gran variedad de aplicaciones en electrónica y en sistemas de control de energía. Aquí hay algunas aplicaciones comunes de los circuitos RL:
- Filtros de pasa bajo: los circuitos RL se utilizan en filtros de paso bajo para atenuar las frecuencias más altas de una señal eléctrica, permitiendo el paso de las frecuencias más bajas. Este tipo de filtro es útil en aplicaciones donde se desea eliminar el ruido de alta frecuencia o suavizar señales.
- Temporización: debido a la característica de retardo inherente en la inductancia, los circuitos RL se utilizan para temporizar eventos. Por ejemplo, en circuitos de retardo, donde se requiere una pausa específica antes de que ocurra una acción.
- Arranque de motores: en los motores eléctricos, los circuitos RL se utilizan en los circuitos de arranque porque la bobina provoca que la corriente aumente de manera gradual, lo que ayuda a reducir el pico de corriente inicial que se necesita para arrancar el motor.
- Compensación de potencia reactiva: en sistemas de potencia, los circuitos RL se utilizan para compensar la potencia reactiva en redes eléctricas, pues la inductancia en el circuito ayuda a corregir el factor de potencia y mejorar la eficiencia del sistema
