respuesta transitoria

En ingeniería eléctrica y mecánica , una respuesta transitoria es la respuesta de un sistema a un cambio respecto a su estado de equilibrio o estado estacionario . La respuesta transitoria no está necesariamente ligada a eventos abruptos, sino a cualquier evento que afecte el equilibrio del sistema. La respuesta impulsional y la respuesta escalón son respuestas transitorias a una entrada específica (un impulso y un escalón, respectivamente).

En ingeniería eléctrica, específicamente, la respuesta transitoria es la respuesta temporal del circuito que se desvanecerá con el tiempo. ^{[ 1 ]} A esta le sigue la respuesta en estado estacionario, que es el comportamiento del circuito mucho tiempo después de que se aplica una excitación externa. ^{[ 1 ]}

La respuesta se puede clasificar como uno de tres tipos de amortiguación que describen la salida en relación con la respuesta en estado estacionario .

Amortiguación insuficiente

Una respuesta subamortiguada es aquella que oscila dentro de una envolvente decreciente . Cuanto más subamortiguado esté el sistema, mayor será el número de oscilaciones y más tiempo tardará en alcanzar el estado estacionario. En este caso, el coeficiente de amortiguación siempre es menor que uno.

Amortiguación crítica

Una respuesta críticamente amortiguada es aquella que alcanza el valor de estado estacionario más rápidamente sin estar subamortiguada. Se relaciona con los puntos críticos en el sentido de que se sitúa en el límite entre las respuestas subamortiguadas y sobreamortiguadas . En este caso, el coeficiente de amortiguamiento siempre es igual a uno. Idealmente, no debería haber oscilación alrededor del valor de estado estacionario.

Amortiguación excesiva

Una respuesta sobreamortiguada es aquella que no oscila alrededor del valor de estado estacionario, pero tarda más en alcanzarlo que en el caso de amortiguación crítica. En este caso, el coeficiente de amortiguación es mayor que uno.

La respuesta transitoria se puede cuantificar con las siguientes propiedades.

Hora de salida

El tiempo de subida se refiere al tiempo que tarda una señal en cambiar de un valor bajo a un valor alto específico. Normalmente, estos valores son el 10 % y el 90 % de la amplitud del escalón.

Excederse

El sobreimpulso se produce cuando una señal o función excede su valor objetivo. A menudo se asocia con oscilaciones .

Tiempo de asentamiento

El tiempo de estabilización es el tiempo transcurrido desde la aplicación de una entrada escalón instantánea ideal hasta el momento en que la salida ha entrado y permanecido dentro de una banda de error especificada, ^{[ 2 ]} el tiempo después del cual se satisface la siguiente igualdad:

${\displaystyle |h(t)-h_{st}|\leqslant \epsilon }$

dónde${\displaystyle h_{st}}$es el valor de estado estacionario, y${\displaystyle \epsilon }$define el ancho de la banda de error.

Tiempo de retardo

El tiempo de retardo es el tiempo necesario para que la respuesta alcance inicialmente la mitad del valor final. ^{[ 3 ]}

Hora punta

El tiempo pico es el tiempo necesario para que la respuesta alcance el primer pico del sobreimpulso. ^{[ 3 ]}

Error en estado estacionario

El error en estado estacionario es la diferencia entre la salida final deseada y la real cuando el sistema alcanza un estado estacionario , cuando se espera que su comportamiento continúe si el sistema no se ve perturbado. ^{[ 4 ]}

La oscilación es un efecto causado por un estímulo transitorio en un circuito o sistema subamortiguado. Es un evento transitorio que precede al estado estacionario final tras un cambio repentino en un circuito ^{[ 5 ]} o un arranque. Matemáticamente, se puede modelar como un oscilador armónico amortiguado .

El equilibrio voltio-segundo del inductor y el equilibrio amperio-segundo del condensador se ven alterados por transitorios. Estos equilibrios encapsulan las simplificaciones del análisis de circuitos utilizadas para circuitos de CA en estado estacionario. ^{[ 6 ]}

Un ejemplo de oscilación transitoria se encuentra en las señales digitales (de pulsos) de las redes informáticas. ^{[ 7 ]} Cada pulso produce dos transitorios: una oscilación resultante del aumento repentino de voltaje y otra oscilación resultante de la caída repentina de voltaje. Esto se considera generalmente un efecto indeseable, ya que introduce variaciones en los voltajes alto y bajo de una señal, causando inestabilidad.

Los pulsos electromagnéticos (EMP) se producen internamente como resultado del funcionamiento de los dispositivos de conmutación. Los ingenieros utilizan reguladores de voltaje y protectores contra sobretensiones para evitar que las fluctuaciones de la tensión afecten a los equipos delicados. Entre las fuentes externas se incluyen los rayos , las descargas electrostáticas y los pulsos electromagnéticos nucleares .

En las pruebas de compatibilidad electromagnética , se aplican transitorios de forma deliberada a los equipos electrónicos para evaluar su rendimiento y resistencia a las interferencias transitorias. Muchas de estas pruebas aplican directamente la oscilación transitoria rápida inducida, en forma de onda sinusoidal amortiguada , en lugar de intentar reproducir la fuente original. Las normas internacionales definen la magnitud y los métodos utilizados para aplicarlas.

La norma europea para ensayos de transitorios eléctricos rápidos (EFT) es la EN-61000-4-4 . La norma estadounidense equivalente es la IEEE C37.90. Ambas normas son similares. La norma elegida depende del mercado objetivo.