Multmetro

Multmetro

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Multmetro digital

Un multmetro, a veces tambin denominado polmetro o tester, es un instrumento electrnico de medida que combina varias funciones en una sola unidad. Las ms comunes son las de voltmetro, ampermetro y ohmetro.

[editar] Funciones comunesExisten distintos modelos que incorporan adems de las tres funciones bsicas citadas algunas de las siguientes:

Un comprobador de continuidad, que emite un sonido cuando el circuito bajo prueba no est interrumpido o la resistencia no supera un cierto nivel. (Tambin puede mostrar en la pantalla 00.0, dependiendo el tipo y modelo).

Presentacin de resultados mediante dgitos en una pantalla, en lugar de lectura en una escala.

Amplificador para aumentar la sensibilidad, para medida de tensiones o corrientes muy pequeas o resistencias de muy alto valor.

Medida de inductancias y capacitancias.

Comprobador de diodos y transistores.

Escalas y zcalos para la medida de temperatura mediante termopares normalizados.

[editar] Multmetros con funciones avanzadas

Multmetro de pinza.

Ms raramente se encuentran tambin multmetros que pueden realizar funciones ms avanzadas como:

Generar y detectar la Frecuencia intermedia de un aparato, as como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintona de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la seal a travs de todas las etapas del receptor bajo prueba.

Realizar la funcin de osciloscopio por encima del milln de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolucin.

Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multmetros, para hacer medidas de potencia puntual ( Potencia = Voltaje * Intensidad ).

Utilizacin como aparato telefnico, para poder conectarse a una lnea telefnica bajo prueba, mientras se efectan medidas por la misma o por otra adyacente.

Comprobacin de circuitos de electrnica del automvil.

Grabacin de rfagas de alto o bajo voltaje.

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro"

Voltmetro

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Dos voltmetros digitales

Un voltmetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito elctrico.

Tabla de contenidos

[ocultar] 1 Clasificacin

1.1 Voltmetros Electromecnicos

1.2 Voltmetros Electrnicos

1.3 Voltmetros Vectoriales

1.4 Voltmetros Digitales

2 Utilizacin

[editar] ClasificacinPodemos clasificar los voltmetros por su funcionamiento mecnico, siendo en todos los casos el mismo instrumento

[editar] Voltmetros ElectromecnicosEstos voltmetros, en esencia, estn constituidos por un galvanmetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las componentes contnua y alterna de la seal, pudiendo medirlas independientemente.

[editar] Voltmetros ElectrnicosAaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 megaohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden el verdadero valor eficaz es por que miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata de una seal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio de la siguiente frmula: [editar] Voltmetros VectorialesSe utilizan con seales de microondas. Adems del mdulo de la tensin dan una indicacin de su fase.

[editar] Voltmetros DigitalesDan una indicacin numrica de la tensin. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, deteccin de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras.

El sistema de medida emplea tcnicas de conversin analgico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numrico mostrado en una pantalla numrica LCD.

El primer votmetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.

[editar] UtilizacinPara efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltmetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivacin sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltmetro debe poseer una resistencia interna lo ms alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que dara lugar a una medida errnea de la tensin. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnticos de la corriente elctrica, estarn dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a travs del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.

Figura 1.- Conexin de un voltmetro en un circuitoEn la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la funcin del voltmetro presentando unas caractersticas de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.

En la Figura 1 se puede observar la conexin de un voltmetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.

En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportaran los devanados y rganos mecnicos del aparato o los circuitos electrnicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltmetro, de forma que solo le someta a una fraccin de la tensin total.

A continuacin se ofrece la frmula de clculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliacin o multiplicacin de escala:

, donde

N es el factor de multiplicacin (N1) Ra es la Resistencia de ampliacin del voltmetroRv es la Resistencia interna del voltmetro

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro"

Ampermetro

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Saltar a navegacin, bsquedaEl aparato descrito corresponde al diseo original, ya que en la actualidad los ampermetros utilizan un conversor analgico/digital para la medida de la cada de tensin sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leda por un microprocesador que realiza los clculos para presentar en un display numrico el valor de la corriente circulante.

[editar] UtilizacinPara efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el ampermetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos lleva a que el ampermetro debe poseer una resistencia interna lo ms pequea posible, a fin de que no produzca una cada de tensin apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnticos de la corriente elctrica, estarn dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.

En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podran soportar los devanados y rganos mecnicos del aparato sin destruirse, se les dota de un resistor de muy pequeo valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por este una fraccin de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt.

Figura 1.- Conexin de un ampermetro en un circuitoEn la Figura 1 se puede observar la conexin de un ampermetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I).Asimismo, se muestra la conexin del resistor shunt (RS).

El valor de RS se calcula en funcin del poder multiplicador (n) que queremos obtener y de la resistencia interna del ampermetro (RA) segn la frmula siguiente:

As si queremos que un ampermetro con resistencia interna de 5 ohmios, que, sin shunt, puede medir un mximo de 1 A pueda medir hasta 10 A, el shunt debe tener un poder multiplicador de 10, por tanto RS deber ser:

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en espaol y AC en ingls) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente.

La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una onda senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisin ms eficiente de la energa. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda peridicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las seales de audio y de radio transmitidas por los cables elctricos, son tambin ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin ms importante suele ser la transmisin y recuperacin de la informacin codificada (o modulada) sobre la seal de la CA.

Tabla de contenidos

[ocultar] 1 Historia

2 Corriente alterna frente a continua

3 Las matemticas y la CA senoidal

3.1 Onda sinusoidal

3.2 Valores significativos

3.3 Representacin fasorial

4 Corriente trifsica

5 Vase tambin

[editar] HistoriaEn 1882 el fsico, inventor y genio Nikola Tesla, diseo y construyo el primer motor de induccion de AC. Posteriormente el tambin fsico Guillermo Stanley, dise, en 1885, otro dispositivo para transferir la CA entre dos circuitos elctricamente aislados. La idea central fue la de enrrollar un par de bobinas en una base de hierro comn, denominada bobina de induccin. De este modo se obtuvo lo que sera el precursor del actual transformador. El sistema usado hoy en da fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, la distribucion de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron en el desarrollo y mejoramiento de este sistema fueron Lucien Gaulard, Juan Gibbs y Oliver Shallenger entre los aos a 1881 a 1889. La corriente alterna supero las limitaciones que aparecan al emplear la corriente continua (CC), la cual era un sistema ineficiente comercializado por Thomas Edison.

La primera transmisin interurbana de la corriente alterna ocurri en 1891, cerca de Telluride, Colorado, a la que sigui algunos meses ms tarde otra en Alemania. A pesar de las notorias ventajas de la CA frente a la CC, Thomas Edison sigui abogando fuertemente por el uso de la corriente continua, de la que posea numerosas patentes (vase la guerra de las corrientes). Utilizando corriente alterna, Charles Proteus Steinmetz, de General Electric, pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la produccin y transmisin elctrica. Edison a pesar de patentar la silla electrica (la cual usaba corriente alterna) para causar miedo a la poblacion, asi como electrocutar elefantes y perros en las calles de New York, para nada le sirvieron. Al final perdio la batalla de las corrientes y el ganador fue Nikola Tesla y por ende George Westinghouse.

[editar] Corriente alterna frente a continuaLa razn del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformacin, cualidad de la que carece la corriente continua.

La energa elctrica viene dada por el producto de la tensin, la intensidad y el tiempo. Dado que la seccin de los conductores de las lneas de transporte de energa elctrica depende de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensin). Con esto la misma energa puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas prdidas por causa del efecto Joule. Una vez en el punto de utilizacin o en sus cercanas, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o domstico de forma cmoda y segura.

[editar] Las matemticas y la CA senoidalAlgunos tipos de ondas peridicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresin matemtica, por lo que no se puede operar analticamente con ellas. Por el contrario, la onda senoidal no tiene esta indeterminacin matemtica y presenta las siguientes ventajas:

La funcin seno est perfectamente definida mediante su expresin analtica y grfica. Mediante la teora de los nmeros complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna.

Las ondas peridicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armnicos. Esto es una aplicacin directa de las series de Fourier.

Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energa elctrica.

Su transformacin en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilizacin de transformadores.

[editar] Onda sinusoidal

Figura 2: Parmetros caractersticos de una onda senoidal

Una seal sinusoidal, a(t), tensin, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar matemticamente segn sus parmetros caractersticos (figura 2), como una funcin del tiempo por medio de la siguiente ecuacin:

donde

A0 es la amplitud en voltios o amperios (tambin llamado valor mximo o de pico),

la pulsacin en radianes/segundo,

t el tiempo en segundos, y

el ngulo de fase inicial en radianes.

Dado que la velocidad angular es ms interesante para matemticos que para ingenieros, la frmula anterior se suele expresar como:

donde

f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del perodo (f=1/T). Los valores ms empleados en la distribucin son 50 Hz y 60 Hz.

[editar] Valores significativosA continuacin se indican otros valores significativos de una seal sinusoidal:

Valor instantneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.

Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o mximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor mximo de sen(x) es +1 y el valor mnimo es -1, una seal sinusoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2A0.

Valor medio (Amed): Valor del rea que forma con el eje de abcisas partido por su perodo. El rea se considera positiva si est por encima del eje de abcisas y negativa si est por debajo. Como en una seal sinusoidal el semiciclo positivo es idntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el clculo integral se puede demostrar que su expresin es la siguiente:

Valor eficaz (A): Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorfico que su equivalente en corriente continua. Matemticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantneos alcanzados durante un perodo:

En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean square, valor cuadrtico medio). En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energticas se hacen con dicho valor. De ah que por rapidez y claridad se represente con la letra mayscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresin:

El valor A, tensin o intensidad, es til para calcular la potencia consumida por una carga. As, si una tensin de corriente continua (CC), VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensin de CA de Vrms desarrollar la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC.

Para ilustrar prcticamente los conceptos anteriores, consideremos, por ejemplo, la corriente alterna en la red elctrica domstica en Europa:

Cuando decimos que su valor es de 230 V CA, estamos diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V, lo que significa que tiene los mismos efectos calorficos que una tensin de 230 V de CC.

Su tensin de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuacin antes reseada:

As, para nuestra red de 230 V CA, la tensin de pico es de aproximadamente 325 V y de 650 V (el doble) la tensin de pico a pico.

Su frecuencia es de 50 Hz, lo que equivale a decir que cada ciclo de la onda sinusoidal tarda 20 ms en repetirse. La tensin de pico positivo se alcanza a los 5 ms de pasar la onda por cero (0 V) en su incremento, y 10 ms despus se alcanza la tensin de pico negativo. Si se desea conocer, por ejemplo, el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento, se emplear la funcin sinsoidal:

[editar] Representacin fasorialUna funcin senoidal puede ser representada por un vector giratorio (figura 3), al que se denomina fasor o vector de Fresnel, que tendr las siguientes caractersticas:

Girar con una velocidad angular .

Su mdulo ser el valor mximo o el eficaz, segn convenga.

Figura 3: Representacin fasorial de una onda senoidal

La razn de utilizar la representacin fasorial est en la simplificacin que ello supone. Matemticamente, un fasor puede ser definido fcilmente por un nmero complejo, por lo que puede emplearse la teora de clculo de estos nmeros para el anlisis de sistemas de corriente alterna.

Consideremos, a modo de ejemplo, una tensin de CA cuyo valor instantneo sea el siguiente:

Figura 4: Ejemplo de fasor tensin (E. P.: eje polar).

Tomando como mdulo del fasor su valor eficaz, la representacin grfica de la anterior tensin ser la que se puede observar en la figura 4, y se anotar:

denominadas formas polares, o bien:

denominada forma binmica.

[editar] Corriente trifsica

Figura 5: Distintas fases de una corriente trifsica.

La generacin trifsica de energa elctrica es la forma ms comn y la que provee un uso ms eficiente de los conductores. La utilizacin de electricidad en forma trifsica es comn mayoritariamente para uso en industrias donde muchas de las mquinas funcionan con motores para esta tensin.

La corriente trifsica est formada por un conjunto de tres formas de onda, desfasadas una respecto a la otra 120 grados, segn el diagrama que se muestra en la figura 5.

Las corrientes trifsicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes entre s. El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto, denominado neutro, donde la suma de las tres corrientes, si el sistema est equilibrado, es cero, con lo cual el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables.

Esta disposicin sera la denominada conexin en estrella, existiendo tambin la conexin en tringulo o delta en las que las bobinas se acoplan segn esta figura geomtrica y los hilos de lnea parten de los vrtices.

Existen por tanto cuatro posibles interconexiones entre generador y carga:

1. Estrella - Estrella

2. Estrella - Delta

3. Delta - Estrella

4. Delta - Delta

En los circuitos tipo estrella, las corrientes de fase y las corrientes de linea son iguales y los voltajes de linea son veces mayor que los voltajes de fase y estan adelantados 30 a estos:

En los circuitos tipo tringulo o delta, pasa lo contrario, los voltajes de fase y de linea, son iguales y la corriente de fase es veces ms pequea que la corriente de linea y est adelantada 30 a esta:

El sistema trifsico es un tipo particular dentro de los sistemas polifsicos de generacin elctrica, aunque con mucho el ms utilizado.

Corriente continua

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Representacin de la tensin en corriente continua.

La corriente continua (CC en espaol, en ingls DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a travs de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en espaol, AC en ingls), en este caso, las cargas elctricas circulan siempre en la misma direccin del punto de mayor potencial al de menor potencial. Aunque comnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batera), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

[editar] UsosSu descubrimiento se remonta a la invencin de la primera pila por parte del cientfico italiano Conde Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Thomas Alva Edison sobre la generacin de electricidad en las postrimeras del siglo XIX, cuando la corriente continua comenz a emplearse para la transmisin de la energa elctrica. Ya en el siglo XX este uso decay en favor de la corriente alterna (propuesta por el inventor serbo-estadounidense Nikola Tesla, sobre cuyos desarrollos se construy la primera central hidroelctrica en las Cataratas del Nigara) por sus menores prdidas en la transmisin a largas distancias, si bien se conserva en la conexin de redes elctricas de diferente frecuencia y en la transmisin a travs de cables submarinos.

La corriente continua es empleada en infinidad de aplicaciones y aparatos de pequeo voltaje alimentados con bateras (generalmente recargables) que suministran directamente corriente continua, o bien con corriente alterna como es el caso, por ejemplo, de los ordenadores, siendo entonces necesario previamente realizar la conversin de la corriente alterna de alimentacin en corriente continua.

Tambin se est extendiendo el uso de generadores de corriente continua mediante clulas solares, dado el nulo impacto medioambiental del uso de la energa solar frente a las soluciones convencionales (combustible fsil y energa nuclear).

[editar] Conversin de corriente alterna en continua

Rectificacin de la tensin en corriente continua.

Este proceso, denominado rectificacin, se realiza mediante dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de tubos de vaco y actualmente, de forma casi general, mediante diodos semiconductores o tiristores.

[editar] PolaridadGeneralmente los aparatos de corriente continua no suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de polaridad, lo que puede acarrear daos irreversibles en el aparato. Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la colocacin inadecuada de las bateras, es comn que los aparatos incorporen un diagrama que muestre cmo deben colocarse; as mismo, los contactos se distinguen emplendose convencionalmente un muelle metlico para el polo negativo y una placa para el polo positivo. En los aparatos con bateras recargables, el transformador - rectificador tiene una salida tal que la conexin con el aparato slo puede hacerse de una manera, impidiendo as la inversin de la polaridad.

En los casos de instalaciones de gran envergadura, tipo centrales telefnicas y otros equipos de telecomunicacin, donde existe una distribucin centralizada de corriente continua para toda la sala de equipos se emplean elementos de conexin y proteccin adecuados para evitar la conexin errnea de polaridad.

Corriente alterna

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Figura 1: Onda senoidal.

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en espaol y AC en ingls) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente.

La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una onda senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisin ms eficiente de la energa. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda peridicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las seales de audio y de radio transmitidas por los cables elctricos, son tambin ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin ms importante suele ser la transmisin y recuperacin de la informacin codificada (o modulada) sobre la seal de la CA.

Tabla de contenidos

[ocultar] 1 Historia

2 Corriente alterna frente a continua

3 Las matemticas y la CA senoidal

3.1 Onda sinusoidal

3.2 Valores significativos

3.3 Representacin fasorial

4 Corriente trifsica

5 Vase tambin

[editar] HistoriaEn 1882 el fsico, inventor y genio Nikola Tesla, diseo y construyo el primer motor de induccion de AC. Posteriormente el tambin fsico Guillermo Stanley, dise, en 1885, otro dispositivo para transferir la CA entre dos circuitos elctricamente aislados. La idea central fue la de enrrollar un par de bobinas en una base de hierro comn, denominada bobina de induccin. De este modo se obtuvo lo que sera el precursor del actual transformador. El sistema usado hoy en da fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, la distribucion de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron en el desarrollo y mejoramiento de este sistema fueron Lucien Gaulard, Juan Gibbs y Oliver Shallenger entre los aos a 1881 a 1889. La corriente alterna supero las limitaciones que aparecan al emplear la corriente continua (CC), la cual era un sistema ineficiente comercializado por Thomas Edison.

La primera transmisin interurbana de la corriente alterna ocurri en 1891, cerca de Telluride, Colorado, a la que sigui algunos meses ms tarde otra en Alemania. A pesar de las notorias ventajas de la CA frente a la CC, Thomas Edison sigui abogando fuertemente por el uso de la corriente continua, de la que posea numerosas patentes (vase la guerra de las corrientes). Utilizando corriente alterna, Charles Proteus Steinmetz, de General Electric, pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la produccin y transmisin elctrica. Edison a pesar de patentar la silla electrica (la cual usaba corriente alterna) para causar miedo a la poblacion, asi como electrocutar elefantes y perros en las calles de New York, para nada le sirvieron. Al final perdio la batalla de las corrientes y el ganador fue Nikola Tesla y por ende George Westinghouse.

[editar] Corriente alterna frente a continuaLa razn del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformacin, cualidad de la que carece la corriente continua.

La energa elctrica viene dada por el producto de la tensin, la intensidad y el tiempo. Dado que la seccin de los conductores de las lneas de transporte de energa elctrica depende de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensin). Con esto la misma energa puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas prdidas por causa del efecto Joule. Una vez en el punto de utilizacin o en sus cercanas, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o domstico de forma cmoda y segura.

[editar] Las matemticas y la CA senoidalAlgunos tipos de ondas peridicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresin matemtica, por lo que no se puede operar analticamente con ellas. Por el contrario, la onda senoidal no tiene esta indeterminacin matemtica y presenta las siguientes ventajas:

La funcin seno est perfectamente definida mediante su expresin analtica y grfica. Mediante la teora de los nmeros complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna.

Las ondas peridicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armnicos. Esto es una aplicacin directa de las series de Fourier.

Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energa elctrica.

Su transformacin en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilizacin de transformadores.

[editar] Onda sinusoidal

Figura 2: Parmetros caractersticos de una onda senoidal

Una seal sinusoidal, a(t), tensin, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar matemticamente segn sus parmetros caractersticos (figura 2), como una funcin del tiempo por medio de la siguiente ecuacin:

donde

A0 es la amplitud en voltios o amperios (tambin llamado valor mximo o de pico),

la pulsacin en radianes/segundo,

t el tiempo en segundos, y

el ngulo de fase inicial en radianes.

Dado que la velocidad angular es ms interesante para matemticos que para ingenieros, la frmula anterior se suele expresar como:

donde

f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del perodo (f=1/T). Los valores ms empleados en la distribucin son 50 Hz y 60 Hz.

[editar] Valores significativosA continuacin se indican otros valores significativos de una seal sinusoidal:

Valor instantneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.

Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o mximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor mximo de sen(x) es +1 y el valor mnimo es -1, una seal sinusoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2A0.

Valor medio (Amed): Valor del rea que forma con el eje de abcisas partido por su perodo. El rea se considera positiva si est por encima del eje de abcisas y negativa si est por debajo. Como en una seal sinusoidal el semiciclo positivo es idntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el clculo integral se puede demostrar que su expresin es la siguiente:

Valor eficaz (A): Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorfico que su equivalente en corriente continua. Matemticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantneos alcanzados durante un perodo:

En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean square, valor cuadrtico medio). En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energticas se hacen con dicho valor. De ah que por rapidez y claridad se represente con la letra mayscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresin:

El valor A, tensin o intensidad, es til para calcular la potencia consumida por una carga. As, si una tensin de corriente continua (CC), VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensin de CA de Vrms desarrollar la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC.

Para ilustrar prcticamente los conceptos anteriores, consideremos, por ejemplo, la corriente alterna en la red elctrica domstica en Europa:

Cuando decimos que su valor es de 230 V CA, estamos diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V, lo que significa que tiene los mismos efectos calorficos que una tensin de 230 V de CC.

Su tensin de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuacin antes reseada:

As, para nuestra red de 230 V CA, la tensin de pico es de aproximadamente 325 V y de 650 V (el doble) la tensin de pico a pico.

Su frecuencia es de 50 Hz, lo que equivale a decir que cada ciclo de la onda sinusoidal tarda 20 ms en repetirse. La tensin de pico positivo se alcanza a los 5 ms de pasar la onda por cero (0 V) en su incremento, y 10 ms despus se alcanza la tensin de pico negativo. Si se desea conocer, por ejemplo, el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento, se emplear la funcin sinsoidal:

[editar] Representacin fasorialUna funcin senoidal puede ser representada por un vector giratorio (figura 3), al que se denomina fasor o vector de Fresnel, que tendr las siguientes caractersticas:

Girar con una velocidad angular .

Su mdulo ser el valor mximo o el eficaz, segn convenga.

Figura 3: Representacin fasorial de una onda senoidal

La razn de utilizar la representacin fasorial est en la simplificacin que ello supone. Matemticamente, un fasor puede ser definido fcilmente por un nmero complejo, por lo que puede emplearse la teora de clculo de estos nmeros para el anlisis de sistemas de corriente alterna.

Consideremos, a modo de ejemplo, una tensin de CA cuyo valor instantneo sea el siguiente:

Figura 4: Ejemplo de fasor tensin (E. P.: eje polar).

Tomando como mdulo del fasor su valor eficaz, la representacin grfica de la anterior tensin ser la que se puede observar en la figura 4, y se anotar:

denominadas formas polares, o bien:

denominada forma binmica.

[editar] Corriente trifsica

Figura 5: Distintas fases de una corriente trifsica.

La generacin trifsica de energa elctrica es la forma ms comn y la que provee un uso ms eficiente de los conductores. La utilizacin de electricidad en forma trifsica es comn mayoritariamente para uso en industrias donde muchas de las mquinas funcionan con motores para esta tensin.

La corriente trifsica est formada por un conjunto de tres formas de onda, desfasadas una respecto a la otra 120 grados, segn el diagrama que se muestra en la figura 5.

Las corrientes trifsicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes entre s. El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto, denominado neutro, donde la suma de las tres corrientes, si el sistema est equilibrado, es cero, con lo cual el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables.

Esta disposicin sera la denominada conexin en estrella, existiendo tambin la conexin en tringulo o delta en las que las bobinas se acoplan segn esta figura geomtrica y los hilos de lnea parten de los vrtices.

Existen por tanto cuatro posibles interconexiones entre generador y carga:

1. Estrella - Estrella

2. Estrella - Delta

3. Delta - Estrella

4. Delta - Delta

En los circuitos tipo estrella, las corrientes de fase y las corrientes de linea son iguales y los voltajes de linea son veces mayor que los voltajes de fase y estan adelantados 30 a estos:

En los circuitos tipo tringulo o delta, pasa lo contrario, los voltajes de fase y de linea, son iguales y la corriente de fase es veces ms pequea que la corriente de linea y est adelantada 30 a esta:

El sistema trifsico es un tipo particular dentro de los sistemas polifsicos de generacin elctrica, aunque con mucho el ms utilizado.