Corrente alterna

A corrente alterna, ou CA (en inglés AC alternating current) é unha corrente eléctrica cuxa dirección varía, ao contrario da corrente continua que ten dirección constante. A forma de onda usual nun circuíto de potencia CA é senoidal por ser a forma de transmisión de enerxía máis eficiente. Porén, en certas aplicacións, utilízanse diferentes formas de ondas tales como ondas triangulares ou cadradas.

Figura 1: Onda senoidal.

Historia

A corrente alterna aplicouse por primeira vez cando Nikola Tesla foi contratado por George Westinghouse para construír unha liña de transmisión no estado de Nova York, entre Niagara Falls e Buffalo. Thomas Edison fixo o posíbel para desacreditar a Tesla, e defender o seu sistema de corrente continua (do que tiña moitas patentes) mais adoptouse o sistema trifásico de Tesla debido á facilidade relativa que a corrente alternada presenta para ter a súa voltaxe alterada por intermedio de transformadores. A corrente alterna era unha forma máis eficaz de transmitir unha corrente eléctrica a longas distancias aumentando moito a tensión de transporte (co que se precisa menos intensidade de corrente, e se teñen menos perdas -proporcionais ao cadrado da intensidade) e diminuíndoa por medio do transformadores ao chegar ao usuario final.

Frecuencias

Na primeira metade do século XX había sistemas de corrente alterna de 25 Hz no Canadá (Ontario) e no norte dos Estados Unidos de América. Nalgúns casos algúns destes sistemas (por exemplo, nas cataratas do Niágara) perduran ata hoxe por conveniencia das plantas industriais que non tiñan interese en trocar o equipamento para que operase a 60 Hz. As baixas frecuencias facilitan a confección de motores de baixa rotación.

Hai tamén sistemas de 16,67 Hz en ferrovías da Europa (Suíza e Suecia). Nuns países a frecuencia é de 60 Hz, e noutros úsase a frecuencia de 50 Hz.

Sistemas AC de 400 Hz úsanse na industria téxtil, avións, navíos, aeronaves e en grandes computadores.

Matemática das tensións CA

Figura 2: Parámetros característicos dunha onda senoidal.

As correntes alternas son usualmente asociadas con tensións alternas. Unha tensión CA senoidal v pode ser descrita matematicamente como unha función do tempo, pola seguinte ecuación:

${\displaystyle v(t)=A_{0}\times \sin(\omega t+\beta ),}$

onde

A é a amplitude en volts (tamén chamada de tensión de pico),

ω é a frecuencia angular en radiáns por segundo, e

t é o tempo en segundos.

Como a frecuencia angular é máis interesante para os matemáticos que para os enxeñeiros, esta fórmula é comunmente reescrita así:

${\displaystyle v(t)=A\times \sin(2\pi ft),}$

onde

f é a frecuencia en hertz.

O valor de pico a pico dunha tensión alterna defínese como a diferenza entre o seu pico positivo e mais o seu pico negativo. Desde o valor máximo do seno (x) é +1 e o valor mínimo que é -1, unha tensión CA oscila entre +A e −A. A tensión de pico-a-pico, escrita como V_P-P, é, polo tanto (+A) − (−A) = 2 × A.

Xeralmente a tensión CA dáse case sempre no seu valor eficaz, que é o valor cuadrático medio dese sinal eléctrico (en inglés chámase de root mean square, ou rms), sendo escrita como V_ef (ou V_rms). Para unha tensión senoidal:

${\displaystyle V_{\mbox{ef}}={A \over {\sqrt {2}}}}$

V_ef é útil no cálculo da potencia consumida por unha carga. Se a tensión de CC de V_CC transfire certa potencia P para a carga dada, entón unha tensión de CA V_ef entregará a mesma potencia media P para a mesma carga se V_ef = V_CC. Por este motivo, rms é o modo normal de medición de tensión en sistemas de potencia.

Para ilustrar estes conceptos, considere a tensión de 220 V CA. Chámase así porque o seu valor eficaz (rms) é, en condicións normais, de 220 V. Isto quer dicir que ten o mesmo efecto joule, para unha carga resistiva, que unha tensión de 220V CC. Para atopar a tensión de pico (amplitude), podemos modificar a ecuación de riba para:

${\displaystyle A=V_{\mbox{ef}}\times {\sqrt {2}}}$

Para 220 V CA, a tensión de pico V_P ou A é, polo tanto, 220 V × √2 = 311 V (aprox.). O valor de pico a pico V_P-P de 220V CA é aínda máis alta: 2 × 220 V × √2 = 622V (aprox.)

Note que para tensións non senoidais, temos diferentes relacións entre o seu pico de magnitude e o valor eficaz. Isto é de fundamental importancia ao traballar con elementos do circuíto non lineares que producen correntes harmónicas, como rectificadores.

Véxase tamén

Outros artigos

• Corrente eléctrica
• Corrente continua
• Guerra das correntes