Corriente Alterna

I) CORRIENTE ALTERNA: (C.A):

Se denominan así, a las corrientes que varían alternativamente de sentido y de magnitud. Son producidas por fuerzas eléctricas que cambian alternativamente de sentido e intensidad, ocasionando un movimiento de vaivén o de oscilación de las cargas. Esas oscilaciones ocurren con una determinada frecuencia, cuyo valor es escogido por los fabricantes de los generadores de ese tipo de corriente. La frecuencia de los cambios, se mide en ciclos por segundo o Hertz y en Venezuela se ha escogido un sistema de electricidad que oscila 60 veces por segundo o 60 Hertz.

• Bobina de Onda:

La bobina de onda portadora (también llamada bobina de bloqueo o trampa de onda) tiene la función de impedir que las señales de alta frecuencia sean derivadas en direcciones indeseables, sin perjuicio de la transmisión de energía en la frecuencia industrial.

• Valor Medio:

(Amed) Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El valor medio se puede interpretar como el componente de continua de la oscilación sinusoidal. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una Oscilación sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente;

• Valor Eficaz:

El valor eficaz de una corriente sinusoidal se mide por el calor que proporciona una resistencia cuando pasa la corriente por ella, y es equivalente al mismo calor que suministraría una fuente de corriente continua sobre dicha resistencia. Al ser la intensidad de esta corriente variable una función continua i(t) se puede calcular:

Donde:

es el periodo de la señal.

Esta expresión es válida para cualquier forma de onda, sea ésta sinusoidal o no, siendo por tanto aplicable a señales de radiofrecuencia y de audio o vídeo.

En el caso de una corriente alterna sinusoidal (como lo es, con bastante aproximación, la de la red eléctrica) con una amplitud máxima o de pico Imax, el valor eficaz Ief es:

En el caso de una señal triangular con una amplitud máxima Amax, el valor eficaz Aef es:

Para el cálculo de potencias eficaces Pef por ser proporcional con el cuadrado de la amplitud de la tensión eléctrica, para el caso de señales sinusoidales se tiene:

Del mismo modo para señales triangulares:

• Valor RMS:

Un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud.

En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa.

Ejemplo:

1 amperio (ampere) de corriente alterna (c.a.) produce el mismo efecto térmico que un amperio (ampere) de corriente directa (c.d.) Por esta razón se utiliza el termino “efectivo”

El valor efectivo de una onda alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por 0.707.

Entonces VRMS = VPICO x 0.707

Ejemplo: Encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios

130 Voltios x 0.707 = 91.9 Voltios RMS

• Frecuencia:

Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).

Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:

Donde T es el periodo de la señal.

• Periodo:

Es el mínimo lapso que separa dos instantes en los que el sistema se encuentra exactamente en el mismo estado: mismas posiciones, mismas velocidades, mismas amplitudes. Así, el periodo de oscilación de una onda es el tiempo empleado por la misma en completar una longitud de onda. En términos breves es el tiempo que dura un ciclo de la onda en volver a comenzar. Por ejemplo, en una onda, el periodo es el tiempo transcurrido entre dos crestas o valles sucesivos. El periodo (T) es inverso a la frecuencia (f):

Como el periodo siempre es inverso a la frecuencia, la longitud de onda también está relacionada con el periodo, mediante la fórmula de la velocidad de propagación. En este caso la velocidad de propagación será el cociente entre la longitud de onda y el período.

En física un movimiento periódico siempre es un movimiento acotado, es decir, está confinado a una región finita del espacio de la cual las partículas nunca salen. Un ejemplo de ello es el movimiento unidimensional de una partícula por la acción una fuerza conservativa si es el potencial asociado a la fuerza conservativa, para energías ligeramente superiores a un mínimo de energía la partícula realizará un movimiento oscilatorio alrededor de de la posición de equilibrio dada por el mínimo local de energía. El período de oscilación depende de la energía y viene dado por la expresión:1

Para suficientemente pequeño el movimiento puede representarse por un movimiento cuasi-armónico de la forma:

El término es la fase, siendo es la fase inicial, es la frecuencia angular dándose la relación aproximada:

Dependiendo el grado de aproximación de lo cercana que esté la energía al mínimo, para energías poco por encima del mínimo el movimiento está muy cercano al movimiento armónico dado por:

• Amplitud:

Distancia o valor máximo de una cantidad variable, de su valor medio o valor base, o la mitad del valor máximo pico a pico de una función periódica, como un movimiento armónico simple.

En el caso de y = sen x, el valor máximo posible es 1 y el valor mínimo posible es -1. De ahí que, la amplitud es (1-(-1))/2 = 1.

• Impedancia:

Sea un componente eléctrico o electrónico o un circuito alimentado por una corriente sinusoidal . Si la tensión a sus extremos es , la impedancia del circuito o del componente se define como un número complejo cuyo módulo es el cociente y cuyo argumento es .

O sea .

Es la oposición total (Resistencia, Reactancia inductiva, Reactancia capacitiva) sobre la corriente

Como las tensiones y las corrientes son sinusoidales, se pueden utilizar los valores pico (amplitudes), los valores eficaces, los valores pico a pico o los valores medios. Pero hay que cuidar de tratarlos uniformemente y no mezclar los tipos. El resultado de los cálculos será del mismo tipo que el utilizado para los generadores de tensión o de corriente.

La impedancia puede representarse como la suma de una parte real y una parte imaginaria:

R es la parte resistiva o real de la impedancia y es la parte reactiva o reactancia de la impedancia.

• Angulo de Fase:

Indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente.

En el caso de una onda sinusoidal que avanza en el sentido de los x crecientes, si es la amplitud, la pulsación (en radianes por segundo), k el número de onda (en 1/m), t el tiempo (en segundos) y x la posición (en metros), podemos escribir:

El ángulo de fase de esta onda es el argumento en el caso general toda onda estacionaria puede representarse mediante una función del tipo:

Y en ese caso general la fase es el argumento de la función que contiene la dependencia del tiempo es la fase , siendo , la fase inicial.

No se puede determinar el ángulo de fase de una onda basándose en una sola medida de la onda. Midiendo los valores en función del tiempo o de la posición, se puede deducir el ángulo de fase, pero con una indeterminación de un múltiplo entero de .

En realidad, el valor del ángulo de fase no es muy útil. El valor realmente útil es la diferencia de fase o desfase entre dos sitios, dos instantes o dos ondas.

II) Señal de Circuito Serie RL:

En este circuito se tiene una resistencia y una bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma.

El voltaje en la bobina está en fase con la corriente que pasa por ella. (tienen sus valores máximos simultáneamente), pero el voltaje en la bobina está adelantado a la corriente que pasa por ella en 90º (la tensión tiene su valor máximo antes que la corriente)

El valor de la fuente de voltaje que alimenta este circuito esta dado por las siguientes fórmulas:

- Voltaje (magnitud) VS = (VR2 + VL2)1/2

- Angulo = /Θ = Arctang (Vl / VR).

Estos valores se expresan en forma de magnitud y ángulo.

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