Circuitos pasivos y corriente alterna.
En este capítulo obordaremos el estudio de los elementos pasivos alimentados esta vez con corriente alterna en lugar del anterior capítulo que se alimentaba con corriente continua.
La corriente alterna, es aquella que sufre variaciones en el tiempo. Me explico. La corriente continua era una corriente que se mantenía en el tiempo mientras no se pulsara el interruptor de apagado y tenía la característica de que mientras estaba activa, la tensión máxima se mantenia y la corriente circulaba continuamente.
La corriente alterna tiene forma senoidal y su valor como te muestro en la imagen siguiente es distinta en cada instante.
Las señales de tensión e intensidad tienen la forma que se produce mediante la máquina que la produce, en este caso alternadores (como el de las centrales eléctricas.)
Magnitudes características de una señal alterna.
Existen un conjunto de magnitudes propias de las señales de corriente alterna, tanto de corriente como de tesión, cuyo origen dependen en la forma en la que son generadas. Los alternadores son máquinas rotativas construidas especificamente para crear electricidad mediante un estator fijo bobinado y un rotor movil fuertemente magnétizado.
El valor de la corriente eléctrica depende de cada momento del rotor respecto al eje de abscisas, es decir del ángulo que forme con el estator (seno del ángulo). El ángulo α es por tanto el desplazamiento angular del rotor respecto al eje horizontal.
La velocidad ángular se conoce también como pulsación y se representa mediante ω. El tiempo que tarda el rotor en desplazarse un ángulo α es t. La relación entre las magnitudes es:
Pero en corriente alterna las dos magnitudes que más nos interesan son el periodo y la frecuencia. El primero se representa con la letra T, y el segundo con f.
El periodo es el tiempo que corresponde a un ciclo completo de la señal, es decir el tiempo que tarda en alcanzar el máximo valor positivo (saliendo de cero), vuelve a cero, alcanza el máximo valor negativo y vuelve a cero de nuevo. En un alternador es el tiempo que tarda el rotor en dar una vuelta completa de 360º. Entonces se puede expresar la relación como una velocidad ángular y, según el sistema internacional expresarlo en radianes:
La velocidad angular se mide en rad ⁄ s y el periodo en segundos.
La frecuencia es el número de ciclos que se produce en un segundo. Cuanto mayor sea la frecuencia de una señal, menor será el periodo, y viceversa, es decir el periodo y la frecuencia están relacionados inversamente.
La frecuencia se mide en ciclos por segundos o Hercios. Así que si un ciclo por segundo es igual a un periodo por segundo, la anterior fórmula se puede sustituir por:
Valores característicos de una señal de corriente alterna.
Las tensiones y corrientes alternas son algo más complejas que las continuas ya que las señales se pueden expresar en diferentes formas. Tengo que establecer conceptos como máximo, instantáneo, medio y eficaz.
El valor máximo es el máximo valor que alcanzará una tensión alterna en su pico positivo o negativo. Se representa mediante Emáx e Imáx; y es la cuota más alta que puede alcanzar en el semiciclo positivo, o la más baja en el semiciclo negativo. Estos valores máximos positivos y negativos se llaman también cresta y valle respectivamente. Se producen según muestra la figura siguiente:
El valor instantáneo esta representado por una letra minúscula según sea la unidad medida (e o i), y es aquella que toma la señal para cada valor de tiempo t o del ángulo de desplazamiento α.
Para cálcular la intensidad y tensión en un momento dado, según la imagen anterior, tienes que tener en cuenta los senos de la señal.
el valor medio Emed o Imed de una señal de corriente alterna en un determinado intervalo es el correspondiente a la media aritmética de los valores instantáneos comprendidos en dicho intervalo.
Si se tuviese en cuenta un ciclo completo, el valor medio sería nulo ya que la superficie que ocupa el semiciclo positivo es igual pero contrario a la que ocupa el semiciclo negativo. Por lo tanto el valor medio de un semiciclo se puede obtener mediante métodos matemáticos, integrándo todos los valores instantáneos comprendidos en el mismo. Expresándo mediante fórmulas:
Por último el valor eficáz es aquel que produce el mismo calor sobre una carga que una corriente o tensión continua. Dicho valor es conocido como la raíz del valor medio cuadrático de la señal, por ser este proceso el que se sigue para obtener el valor a partir de los valores instantáneos. Por esa razón el valor eficaz de una tensión o una corriente alterna sinoidal es conocida como ERMS o IRMS, de root mean square.
