Corrente alterna

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Figura 1: Onda senoidal.

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.

Historia[editar | editar a fonte]

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[editar | editar a fonte]

Na primeira metade do século XX había sistemas de corrente alterna de 25 Hz en Canadá (Ontario) e no norte dos EUA. 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 50Hz.

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

Matemática das tensións CA[editar | editar a fonte]

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:


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:


v(t)=A \times\sin(2 \pi f t),

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 VP-P, é, polo tanto (+A) − (−A) = 2 × A.

Xeralmente a tensión CA dase 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 Vef (ou Vrms). Para unha tensión senoidal:


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

Vef é útil no cálculo da potencia consumida por unha carga. Se a tensión de CC de VCC transfire certa potencia P para a carga dada, entón unha tensión de CA Vef entregará a mesma potencia media P para a mesma carga se Vef = VCC. 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:


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

Para 220 V CA, a tensión de pico VP ou A é, polo tanto, 220 V × √2 = 311 V (aprox.). O valor de pico a pico VP-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.