corriente alterna (AC)
La corriente alterna describe el flujo de carga que cambia de dirección periódicamente. Como resultado, el nivel de voltaje también se invierte junto con la corriente. La CA se utiliza para suministrar energía a casas, edificios de oficinas, etc.
la generación de AC
AC se puede producir utilizando un dispositivo llamado alternador. Este dispositivo es un tipo especial de generador eléctrico diseñado para producir corriente alterna.
un bucle de alambre se hace girar dentro de un campo magnético, que induce una corriente a lo largo del alambre., La rotación del cable puede provenir de cualquier número de medios: una turbina eólica, una turbina de vapor, agua corriente, etc. Debido a que el cable gira y entra en una polaridad magnética diferente periódicamente, el voltaje y la corriente se alternan en el cable., Aquí hay una breve animación que muestra este principio:
la generación de CA se puede comparar con nuestra analogía anterior de agua:
para generar CA en un conjunto de tuberías de agua, conecte una manivela mecánica a un pistón que mueve el agua en las tuberías hacia adelante y hacia atrás (nuestra corriente «alterna»). Observe que la sección pellizcada de la tubería todavía proporciona resistencia al flujo de agua independientemente de la dirección del flujo.,
formas de onda
la CA puede venir en varias formas, siempre y cuando el voltaje y la corriente se alternen. Si conectamos un osciloscopio a un circuito con CA y trazamos su voltaje a lo largo del tiempo, podríamos ver varias formas de onda diferentes. El tipo más común de CA es la onda sinusoidal. El CA en la mayoría de los hogares y oficinas tiene un voltaje oscilante que produce una onda sinusoidal.,
otras formas comunes de CA incluyen la onda cuadrada y la onda triangular:
Las ondas cuadradas se utilizan a menudo en electrónica digital y de conmutación para probar su funcionamiento.
Las ondas triangulares se encuentran en la síntesis de sonido y son útiles para probar la electrónica lineal como los amplificadores.
describiendo una onda sinusoidal
a menudo queremos describir una forma de onda AC en términos matemáticos. Para este ejemplo, usaremos la onda sinusoidal común., Hay tres partes en una onda sinusoidal: amplitud, frecuencia y fase.
mirando solo el voltaje, podemos describir una onda sinusoidal como la función matemática:
V(t) es nuestro voltaje en función del tiempo, lo que significa que nuestro voltaje cambia a medida que cambia el tiempo. La ecuación a la derecha del signo igual describe cómo cambia el voltaje con el tiempo.
VP es la amplitud. Esto describe el voltaje máximo que nuestra onda sinusoidal puede alcanzar en cualquier dirección, lo que significa que nuestro voltaje puede ser +VP voltios,- VP voltios, o en algún lugar entre.,
la función sin () indica que nuestro voltaje será en forma de una onda sinusoidal periódica, que es una oscilación suave alrededor de 0V.
2π es una constante que convierte la frecuencia de ciclos (en hertz) a frecuencia angular (radianes por segundo).
f describe la frecuencia de la onda senoidal. Esto se da en forma de hertz o unidades por segundo. La frecuencia dice cuántas veces una forma de onda particular (en este caso, un ciclo de nuestra onda sinusoidal – una subida y una caída) ocurre dentro de un segundo.
t es nuestra variable independiente: tiempo (medido en segundos)., A medida que el tiempo varía, nuestra forma de onda varía.
φ describe la fase de la onda sinusoidal. La fase es una medida del desplazamiento de la forma de onda con respecto al tiempo. A menudo se da como un número entre 0 y 360 y se mide en grados. Debido a la naturaleza periódica de la onda sinusoidal, si la forma de onda se desplaza en 360°, se convierte en la misma forma de onda de nuevo, como si se desplazara en 0°. Para simplificar, asumimos que la fase es 0° para el resto de este tutorial.
podemos recurrir a nuestro outlet de confianza para obtener un buen ejemplo de cómo funciona una forma de onda de CA., En los Estados Unidos, la energía proporcionada a nuestros hogares es CA con aproximadamente 170V de cero a Pico (amplitud) y 60Hz (Frecuencia). Podemos conectar estos números en nuestra fórmula para obtener la ecuación (recuerde que estamos asumiendo que nuestra fase es 0):
podemos usar nuestra calculadora gráfica práctica para graficar esta ecuación. Si no hay una calculadora gráfica disponible, podemos usar un programa gratuito de gráficos en línea como Desmos (tenga en cuenta que puede que tenga que usar ‘y’ en lugar de ‘v’ en la ecuación para ver el gráfico).,
observe que, como predijimos, el aumento de voltaje hasta 170V y hasta-170V periódicamente. Además, 60 ciclos de la onda sinusoidal ocurren cada segundo. Si tuviéramos que medir el voltaje en nuestras salidas con un osciloscopio, esto es lo que veríamos (advertencia: ¡no intente medir el voltaje en una salida con un osciloscopio! Esto probablemente dañará el equipo).
Nota: Es posible que haya escuchado que el voltaje de CA en los EE. UU.es de 120 V. Esto también es correcto. ¿Cómo?, Cuando se habla de CA (ya que el voltaje cambia constantemente), a menudo es más fácil usar un promedio o media. Para lograr eso, usamos un método llamado «Media raíz cuadrada.»(RMS). A menudo es útil utilizar el valor RMS para CA cuando se desea calcular la potencia eléctrica. Aunque, en nuestro ejemplo, teníamos el voltaje que variaba de-170V a 170V, el cuadrado medio de la raíz es 120V RMS.
aplicaciones
Los enchufes para el hogar y la oficina casi siempre son de CA. Esto se debe a que generar y transportar CA a través de largas distancias es relativamente fácil., A altas tensiones (más de 110kV), se pierde menos energía en la transmisión de energía eléctrica. Los voltajes más altos significan corrientes más bajas, y las corrientes más bajas significan menos calor generado en la línea eléctrica debido a la resistencia. La CA se puede convertir a y desde altos voltajes fácilmente usando transformadores.
AC también es capaz de alimentar motores eléctricos. Los motores y los generadores son exactamente el mismo dispositivo, pero los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica (si el eje de un motor se hace girar, se genera un voltaje en los terminales!)., Esto es útil para muchos electrodomésticos grandes como lavavajillas, refrigeradores, etc., que funcionan con CA.