CORRIENTE ALTERNA DEFINICION.

La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es

la de una oscilación sinusoidal, puesto que se consigue una transmisión más

eficiente de la energía.

Se aplica el término fuente de ca a cualquier dispositivo que suministre un

voltaje (diferencia de potencial) v o corriente i que varía en forma sinusoidal. El símbolo habitual de una fuente de ca en los diagramas de circuito es

Un voltaje sinusoidal queda descrito por una función como

De manera similar, una corriente sinusoidal se describe como

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CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

• Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos:

resistencias, condensadores y bobinas y un generador que suministra la

corriente alterna.

• Un alternador es un generador de corriente alterna que se basa en la

inducción de una fem al girar una espira (o bobina) en el seno de un campo

magnético debida a la variación de flujo. Según va girando la espira varía el

número de líneas de campo magnético que la atraviesan.

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����En el semiciclo positivo:

• Cuando la espira permanece paralela a las caras del imán el flujo es

máximo y la fem, y por tanto, la tensión e intensidad son nulas.

• Al dar el primer cuarto de vuelta el flujo es mínimo y la fem, tensión e

intensidad son máximas.

• En el segundo cuarto de vuelta vuelven a descender hasta cero los valores

de fem, tensión e intensidad.

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Fig.5 :Cálculo del valor cuadrático medio(r ms) de una corriente alterna.

Corriente alterna rectificadaPara obtener una corriente mensurable en un solo sentido podemos emplear diodos, Un

diodo (o rectificador) es un dispositivo que conduce mejor en un sentido que en el otro; un

diodo ideal presenta resistencia nula en un sentido de la corriente y una resistencia infinita

en el otro, entonces la corriente registrada en el galvanómetro(G) es:

El factor de 2/π es el valor medio de si se calibra para este

tipo de corriente.

cos t o sen tω ω

Valores Cuadráticos medios (rms)o eficaces de I y V

Sabiendo que2 2 2

cosi I tω=

De lo cual se sigue max

2rms ef

II I= =

Análogamente

max

2rms ef

VV V= =

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Resistores en un circuito de CA

Considere un circuito CA simple formado por un resistor y una fuente de CA.

La regla de la espira de Kirchhoff aplicada a este circuito da :

Usando

Entonces

De lo anterior vemos que I y V están en fase

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Inductores en un circuito de CA

Aplicando la regla de la espira de Kirchhoff:

Entonces

En consecuencia V adelanta a I en 90°

Ya que ωL depende de la frecuencia aplicada ω, elinductor reacciona de modo diferente, ofreciendooposición a la corriente, para diferentesfrecuencias. Por esta razón, ωL es la reactanciainductiva :

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:Reactancia capacitiva

Entonces

Capacitores en un circuito de CA

La regla de la espira de Kirchhoff aplicada a este

circuito da :

Luego

Finalmente, observamos que en este caso I adelanta a V en 90°.

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Circuito RLC en serie

La figura 33.13a muestra un circuito que contiene un resistor, un inductor y un

condensador conectados en serie a las terminales de una fuente de voltaje alterno. Si

el voltaje aplicado tiene una variación senoidal con el tiempo, el voltaje instantáneo

aplicado es

mientras que la corriente varía como

donde ϕ es cierto ángulo de fase entre la corriente

y el voltaje aplicados

porque los elementos están en serie, la corriente de un circuito en serie

de CA tiene la misma amplitud y fase en cualquier punto. En términos de

las secciones anteriores, se sabe que el voltaje en las terminales de

cada elemento tiene amplitud y fase diferentes. En particular, el voltaje

en las terminales del resistor está en fase con la corriente, el voltaje en

las terminales del inductor se adelanta 90 a la corriente y el voltaje en

las terminales del capacitor se atrasa 90 a la corriente. Con el uso de

esta correspondencia de fase, se expresan los voltajes instantáneos en

las terminales de los tres elementos de circuito como

Fig. 33.13a

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Del triangulo rectángulo se tiene:

Fig 33.15

Fig 33.13

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El denominador de la fracción desempeña el papel de resistencia y se llama

impedancia Z del circuito:

Cuando XL> XC (lo cual se presenta en altas frecuencias), el ángulo de fase es

positivo; esto signifi ca que la corriente se atrasa al voltaje aplicado, como se

ve en la fi gura 33.15b. Describa esta situación al decir que el circuito es más

inductivo que capacitivo. Cuando XL< XC , el ángulo de fase es negativo, lo

cual significa que la corriente se adelanta al voltaje aplicado, y el circuito es

más capacitivo que inductivo. Cuando XL= XC , el ángulo de fase es cero y el

circuito es completamente resistivo.

Entonces

Por el triángulo rectángulo en el diagrama del fasor en la figura 33.15b, el ángulo

de fase ϕ entre la corriente y el voltaje es

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:Potencia promedio

Potencia en un circuito de CA

Para el circuito RLC que se ilustra en la fi gura 33.13a, exprese la potencia

instantánea P como

Este resultado es una función complicada del tiempo y, debido a eso, no es

muy útil desde un punto de vista práctico. Lo que sí interesa es la potencia

promedio en uno o más ciclos

En otras palabras, la potencia promedio entregada por la fuente se convierteen energía interna en el resistor, al igual que en el caso de un circuito de CD.

Lo anterior muestra que no existen pérdidas de potencia asociadas con capacitores puros e inductores puros en un circuito de CA

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Resonancia en un circuito RLC en serie

Se dice que un circuito RLC en serie está en resonanciacuando la frecuencia impulsora es tal que la corrienterms tiene su valor máximo. En general, la corriente rmsse puede escribir como

Puesto que la impedancia depende de la frecuencia

de la fuente, la corriente del circuito RLC también

depende de la frecuencia. La frecuencia ωo a la que

XL -XC = 0 se denomina frecuencia de resonanciadel circuito. Para hallar , use la condición XL = XC, por

la cual obtiene ωo L= 1/ ωo C, o sea

Esta frecuencia también corresponde a la frecuencia

natural de oscilación de un circuito LC . Por lo tanto, la

corriente rms en un circuito RLC en serie alcanza su

valor máximo cuando la frecuencia del voltaje aplicado

es igual a la frecuencia natural del oscilador, que

depende sólo de L y C. Además, a esta frecuencia la

corriente está en fase con el voltaje aplicado.

Entonces como

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Esta expresión muestra que con resonancia, cuando ω= ωo, la potenciapromedio es máxima y tiene el valor (∆Vrms)2 /R. La figura anterior(b) es una

gráfica de la potencia promedio en función de la frecuencia para dos valores de

R en un circuito RLC en serie. Cuando se reduce la resistencia, la curva se

hace más aplicada cerca de la frecuencia de resonancia. Esta nitidez de la

curva suele describirse por medio de un parámetro sin dimensiones conocido

como factor de calidad, denotada por Q:

donde ∆ ω es el ancho de la curva medido entre los dos valores de ω para los

cuales Pprom tiene la mitad de su valor máximo, llamado puntos de potencia

mitad

El circuito receptor de un radio es una aplicación importante de un circuito

resonante, usted puede sintonizar el radio a una estación particular (que transmite

una onda electromagnética o señal de una frecuencia específica) al hacer variar

un capacitor, que cambia la frecuencia de resonancia del circuito receptor. Cuando

el circuito es conducido por las oscilaciones electromagnéticas una señal de radio

se produce en una antena, el circuito del sintonizador responde con una gran

amplitud de oscilación eléctrica sólo para la frecuencia de estación que iguala la

frecuencia de resonancia. Por lo tanto sólo la señal de una estación de radio pasa

por un amplificador y un altavoz

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El transformador y la transmisión de energía

El transformador de CA consta de dos bobinas de alambre enrolladas alrededor

de un núcleo de hierro, como se ilustra en las figuras 1 y 2. La bobina de la

izquierda, que está conectada a la fuente de entrada de voltaje alterno y tiene N1

vueltas, se denomina devanado primario (o primaria). A la bobina de la derecha,

formada por N2 vueltas y conectada a un resistor de carga R, se le llama devanado

secundario (o secundaria).

El propósito del núcleo de hierro es aumentar el flujo

magnético a través de la bobina y proporcionar un medio en

el que casi todas las líneas de campo magnético que pasan a

través de una bobina lo hagan por la otra. Las pérdidas por

corrientes de eddy se reducen con el uso de un núcleo

laminado.

La ley de Faraday expresa que:

y Entonces

Para un transformador ideal:

y1

2 1

2

NI I

N=

2 1

2 1Re

N N Elevador

N N ductor

> →

< →

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Los devanados tienen cierta resistencia, lo que produce pérdidas dei2R . También hay pérdidas de energía por histéresis en el núcleo(véase la sección 28.8). Las pérdidas por histéresis se minimizanutilizando hierro dulce con una espira de histéresis estrecha.

Otro mecanismo importante de pérdida de energía en elnúcleo de un transformador tiene que ver con lascorrientes parásitas (véase la sección 29.6). Considere lasección AA a través del núcleo de hierro de untransformador (figura a). Como el hierro es conductor,cualquier sección como ésa se puede considerar comovarios circuitos conductores, uno dentro de otro (figurab).

El flujo a través de cada uno de estos circuitos cambiacontinuamente; en consecuencia, hay corrientesparásitas que circulan por todo el volumen del núcleo,con líneas de flujo que forman planos perpendiculares alflujo. Estas corrientes parásitas son sumamenteindeseables porque desperdician energía a través delcalentamiento de i 2 R y establecen un flujo opuesto.

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Los efectos de las corrientes parásitas se minimizan mediante el empleo de unnúcleo laminado, es decir, uno hecho de láminas delgadas, o laminillas. Lagran resistencia eléctrica superficial de cada lámina, debida a un revestimientonatural de óxido o a un barniz aislante, confina con eficacia las corrientesparásitas a las láminas individuales (figura c).

Las posibles trayectorias de las corrientes parásitas son más angostas, la feminducida en cada trayectoria es menor, y las corrientes parásitas se reducenconsiderablemente. El campo magnético alterno ejerce fuerzas sobre lasláminas portadoras de corriente que las hace vibrar hacia un lado y otro; estavibración es la que ocasiona el zumbido característico de un transformador enfuncionamiento.

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Rectificadores y filtrosEl proceso de convertir corriente alterna en corriente directa se denominarectificación y el aparato convertidor se llama rectificador. El elemento másimportante de un circuito rectificador es el diodo, elemento que conducecorriente en una dirección pero no en la otra.

La mayor parte de los diodos que se empleanen aparatos electrónicos modernos sonsemiconductores. El símbolo de circuito paraun diodo es , donde la flecha indica ladirección de la corriente en el diodo. Éstetiene baja resistencia a la corriente en unadirección (la dirección de la flecha) y altaresistencia a la corriente en la direcciónopuesta.

Filtro pasa alto

Pasa bajo

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