Corriente Alterna
fabianmed8320 de Mayo de 2013
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INTRODUCCIÓN
La electricidad, en la actualidad es utilizada en todo el mundo. No existe país, región o conglomerado social en la cual esta maravillosa energía no este presente. Solo basta oprimir un botón y toda la tecnología moderna se pone en acción. Para que todo sea fácil, para que todo sea sencillo debe de existir un gran respaldo y una buena investigación y un profundo estudio.
Este curso brinda las bases a los estudiantes de la especialidad de técnico en las instalaciones y de mantenimiento eléctrico que se imparte a las escuelas de nivel medio superior del Instituto Politécnico Nacional.
La electrotecnia de la corriente es el estudio de las teorías, leyes y prácticas de este tipo de energía que es la más utilizada en todo el mundo.
En forma sencilla, clara y concreta se tocan todos los temas del programa oficial y se guía al alumno en forma lógica hasta finalizar el curso.
El deseo del autor es que los apuntes faciliten el estudio de la materia a todos
los alumnos que han elegido esta especialidad.
ELECTROTECNIA DE CORRIENTE ALTERNA
PRIMERA UNIDAD
1.- GENERALIDADES
a) Descripción gráfica de corriente y tensión de corriente directa (C.D) Y CORRIENTE ALTERNA (C.A)
La señal eléctrica denominada corriente directa (C:D) puede indicar una tensión o una corriente e inclusive una potencia eléctrica. Gráficamente una señal eléctrica de C:D, sobre un nivel preestablecido, es aquella que instantáneamente alcanza un valor (de tensión o corriente) positivo o negativo y allí se mantiene es decir, es constantemente o continua.
El nombre de DIRECTA, se debe a que esta señal siempre va en la misma dirección en un circuito eléctrico; esta dirección puede ser electrónica o convencional.
La señal eléctrica denominada corriente alterna puede indicar una tensión o una corriente e inclusive una potencia eléctrica. Gráficamente, una seña eléctrica de C.A, sobre un nivel preestablecido es aquella que tiene una forma de onda que cambia alternativamente entre positivo y negativo respecto a ese nivel para tener una explicación más clara es preciso distinguir los términos onda cuadrada senoidal o triangular la que mas nos interesa es la tensión senoidal de corriente alterna. Dado este tipo de señal se encuentra en la gran mayoría de los casos, se puede aplicar sin confusión las frases abreviadas de “Tensión de C:A” o Corriente de C:A”
b) Definición de la corriente alterna (C.A)
La corriente alterna es una forma de energía eléctrica ampliamente utilizada en todo el mundo. La energía eléctrica que se usa en todo el mundo es normalmente de C.A tiene la particularidad de ser generada en grandes cantidades y bajo costo, por lo general no es importante considerar su polaridad, se dispone de ella con solo tener una toma corriente (contacto). Sus valores de tensión y corriente pueden variarse fácilmente con los transformadores.
Se puede definir a la corriente alterna como aquella forma de energía eléctrica la cual es originada por el constante movimiento de electrones los cuales aumentan y disminuyen su circulación en velocidad y sentido constantemente y en forma periódica es decir, van y vienen por un conductor periódicamente, considerando un punto de referencia se dice que cuando los electrones van (se alejan) el sentido de la señal es positiva, llegando al lugar más alejado se detiene y entonces la señal se hace cero, cuando vienen (se alejan) el sentido de la señal es negativo hasta llegar al punto de origen deteniéndose otra vez y siendo cero la señal y así sucesivamente.
C) Obtención de la f.e.m. inducida de un generador elemental monofásico
Un alternador o generador de C.A es un dispositivo electromecánico capaz de convertir energía mecánica en energía eléctrica básicamente esta constituido por dos componentes: el rotor o armadura y el estator. El rotor siempre gira dentro del estator, que es estacionario.
Cuando se hace girar el rotor con alguna fuerza externa (agua, aire, vapor, gas, etc.) los conductores del rotor cortan las líneas de fuerza magnética establecidas por los polos del estator.
**Los polos pueden ser los de un imán permanente o electroimán.
**De acuerdo con la ley de Faraday la longitud del conductor que pasa por el campo magnético, tendrá una f.e.m. inducida, como se observa en la figura, observe que las fems inducidas en cada conductor se suman de modo que la tensión generada en las terminales es la suma de las dos fems inducidas.
Puesto que el rotor está girando y las terminales de salida a y b se hallan conectadas a alguna carga externa fija hay necesidad de los anillos rozantes que se observan. Los anillos deslizantes son superficies conductoras circulares que proporcionan una trayectoria de conducción de la tensión generada a la carga y evitan que se tuerza la bobina en a y b desarrollará una corriente (I) que lleva la dirección que se observa en la figura.
Esta dirección de la corriente esta determinada por la regla de la mano derecha para los generadores la cual dice que se ponen los dedos pulgar, índice y medio rectos a (90 grados) uno con respecto al otro, como se indica en la figura.
El pulgar se coloca en dirección de la fuerza o el movimiento del conductor, el índice en la dirección de las líneas de flujo magnético y el dedo medio indica la dirección que lleva la corriente que se produce en el conductor si se conecta una carga. Observe que la dirección de la corriente que se produce en el conductor superior al inferior. Esto se debe a que la dirección del movimiento es invertido para cada conductor.
Si se analiza una secuencia de posición de la bobina o espira dentro del campo magnético puede componer la generación de la C.A ya que se va determinando
paso a paso la magnitud relativa y la polaridad de la tensión generada.
Posición 1 Posicion 2 Posicion 3
Posición 4 Posicion 5 Posicion 6
Posición 7 Posicion 8
En el instante en que la espira pasa por la posición 1 no esta cortando líneas de flujo ya que en ese momento tiene un movimiento paralelo a esta, entonces la generación de tensión en cero. Conforme a la espira va alcanzando de la posición 2, va aumentando el número de líneas de flujo que va cortando por unidad de tiempo, esto dará como resultado una f.e.m. inducida cada vez mayor en los conductores que forman la espira, en la posición 2, la dirección resultante de la corriente y la polaridad de las terminales a y b se determinan por la regla de la mano derecha conforme avance de la posición 2 a 1 a posición 3, la espira va cortando más líneas de fuerza por unidad de tiempo entonces la f.e.m. inducida aumenta más.
Cuando llega a la posición 3, el número de las líneas cortadas por unidad de tiempo, es máxima, lo que dará como resultado que en esta posición la tensión generada por la bobina sea la mayor.
En esta posición, la espira corta las líneas de fuerza en forma totalmente perpendicular.
Conforme la espira sigue avanzando hacia la posición 4, la polaridad de la f.e.m. inducida y la dirección de la corriente permanecen iguales aunque la f.e.m. irá disminuyendo. En la posición 5, la f.e.m. inducida es otra vez cero puesto que la espira en ese momento no está cando líneas de flujo al ser su movimiento totalmente paralelo a estas. Conforme la espira empieza a girar hacia la posición 6, nuevamente comienza a cortar líneas de flujo magnético pero es importante observar que ahora existe un cambio de polaridad en las terminales a y b y además por supuesto el cambio de dirección de la corriente en cada conductor. Al llegar a la posición 7, nuevamente se observa que existe un máximo corte de líneas y por lo tanto un máximo de inducción pero ahora con diferente polaridad y cambio del sentido de la corriente.
Conforme se avanza hacia la posición 8, la f.e.m. generada comienza a disminuir por la disminución de corte de corte de líneas de fuerza. Finalmente, el giro de la espira la lleva a la posición original con la que se inició, es decir a la posición 1, en la cual nuevamente ya no hay generación por el nulo corte de líneas. La siguiente figura muestra una gráfica continua de la f.e.m. inducida. Las polaridades de la f.e.m. inducida se muestran para las terminales a y b a la izquierda del eje vertical.
Las diversas posiciones antes mencionadas se relacionan exactamente con cada uno de los puntos indicados en la forma de onda senoidal llegará a ser muy familiar a partir de este párrafo.
Como se observa en la figura, si se permite que la bobina siga girando, la f.e.m. generada se repetirá a iguales intervalos de tiempo. Observe también que el patrón es exactamente el mismo por debajo que por encima del eje y que cambia de manera continua con el tiempo.
Recuerde la forma
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