Teoría del circuito de ca: que es ca y como se genera

Introducción

Un circuito eléctrico es un camino conductor completo a través del cual los electrones fluyen desde la fuente a la carga y de regreso a la fuente. Sin embargo, la dirección y la magnitud del flujo de electrones dependen del tipo de fuente. En Ingeniería Eléctrica, existen básicamente dos tipos de fuente de voltaje o corriente (Energía Eléctrica) que define el tipo de circuito y son; Corriente alterna (o voltaje) y corriente continua.

En las próximas dos publicaciones, nos centraremos en la corriente alterna y pasaremos por temas que van desde la corriente alterna hasta las formas de onda de CA, etc.

Circuitos de CA

Los circuitos de CA, como su nombre lo indica (corriente alterna), son simplemente circuitos alimentados por una fuente alterna, ya sea voltaje o corriente. Una corriente o voltaje alterno es uno en el que el valor del voltaje o la corriente varía alrededor de un valor medio particular e invierte la dirección periódicamente.

La mayoría de los aparatos y sistemas domésticos e industriales actuales se alimentan con corriente alterna. Todos los electrodomésticos enchufados basados ​​en CC y los dispositivos basados ​​en baterías recargables funcionan técnicamente con corriente alterna, ya que todos utilizan alguna forma de alimentación de CC derivada de CA para cargar sus baterías o para alimentar el sistema. Por lo tanto, la corriente alterna es la forma a través de la cual se suministra energía a la red.

El circuito alterno nació en la década de 1980 cuando Tesla decidió resolver la incapacidad de largo alcance de los generadores de CC de Thomas Edison. Buscó una forma de transferir electricidad a un alto voltaje y luego empleó el uso de transformadores para subirla o bajarla según fuera necesario para la distribución y, por lo tanto, pudo minimizar la pérdida de energía en una gran distancia, que era el principal problema de Direct. Actual en ese momento.

Corriente alterna VS corriente continua (CA versus CC)

La CA y la CC se diferencian de varias formas de generación a transmisión y distribución, pero en aras de la simplicidad, mantendremos la comparación con sus características para este artículo.

La principal diferencia entre AC y DC, que también es la causa de sus diferentes características, es la dirección del flujo de energía eléctrica. En CC, los electrones fluyen de manera constante en una sola dirección o hacia adelante, mientras que en CA, los electrones alternan su dirección de flujo en intervalos periódicos. Esto también conduce a una alternancia en el nivel de voltaje, ya que cambia de positivo a negativo en línea con la corriente.

A continuación se muestra una tabla de comparación para resaltar algunas de las diferencias entre CA y CC. Se destacarán otras diferencias a medida que profundicemos en la exploración de los circuitos de corriente alterna.

Base de comparación	C.A.	corriente continua
Capacidad de transmisión de energía	Viaja largas distancias con una mínima pérdida de energía	Se pierde una gran cantidad de energía cuando se envía a largas distancias
Conceptos básicos de generación	Girar un imán a lo largo de un cable.	Magnetismo constante a lo largo de un cable
Frecuencia	Generalmente 50 Hz o 60 Hz según el país	La frecuencia es cero
Dirección	Invierte la dirección periódicamente cuando fluye a través de un circuito	Flujo constante constante en una dirección.
Actual	Su magnitud varía con el tiempo	Magnitud constante
Fuente	Todas las formas de generadores de CA y red	Celdas, baterías, conversión de CA
Parámetros pasivos	Impedancia (RC, RLC, etc.)	Solo resistencia
Factor de potencia	Se encuentra entre 0 y 1	Siempre 1
Forma de onda	Sinusoidal, Trapezoidal, Triangular y Cuadrada	Línea recta, a veces pulsante.

Fuente de CA básica (generador de CA de bobina simple)

El principio en torno a la generación de CA es simple. Si se hace girar un campo magnético o imán a lo largo de un conjunto estacionario de bobinas (cables) o la rotación de una bobina alrededor de un campo magnético estacionario, se genera una corriente alterna utilizando un generador de CA (alternador).

La forma más simple de generador de CA consiste en un bucle de cable que gira mecánicamente alrededor de un eje mientras se coloca entre los polos norte y sur de un imán.

Considere la imagen a continuación.

A medida que la bobina del inducido gira dentro del campo magnético creado por los imanes de los polos norte y sur, el flujo magnético a través de la bobina cambia y las cargas son forzadas a través del cable, dando lugar a un voltaje efectivo o voltaje inducido. El flujo magnético a través del bucle es el resultado del ángulo del bucle en relación con la dirección del campo magnético. Considere las imágenes a continuación;

De las imágenes que se muestran arriba, podemos deducir que, cierto número de líneas de campo magnético se cortarán a medida que gira la armadura, la cantidad de 'líneas cortadas' determina la salida de voltaje. Con cada cambio en el ángulo de rotación y el movimiento circular resultante de la armadura contra las líneas magnéticas, la cantidad de 'líneas magnéticas cortadas' también cambia, por lo tanto, el voltaje de salida también cambia. Por ejemplo, las líneas del campo magnético cortadas a cero grados son cero, lo que hace que el voltaje resultante sea cero, pero a 90 grados, casi todas las líneas del campo magnético se cortan, por lo que el voltaje máximo en una dirección se genera en una dirección. Lo mismo ocurre a 270 grados solo que se genera en la dirección opuesta. Por lo tanto, hay un cambio resultante en el voltaje a medida que la armadura gira dentro del campo magnético que conduce a la formación de una forma de onda sinusoidal. La tensión inducida resultante es, por tanto, sinusoidal, con una frecuencia angular ω medida en radianes por segundo.

La corriente inducida en la configuración anterior está dada por la ecuación:

Yo = V / R

Donde V = NABwsin (wt)

Donde N = Velocidad

A = Área

B = campo magnético

w = frecuencia angular.

Los generadores de CA reales son obviamente más complejos que esto, pero funcionan según los mismos principios y leyes de inducción electromagnética descritos anteriormente. La corriente alterna también se genera utilizando cierto tipo de transductores y circuitos osciladores que se encuentran en los inversores.

Transformadores

Los principios de inducción en los que se basa la CA no se limitan únicamente a su generación sino también a su transmisión y distribución. Al igual que en el momento en que la CA entró en consideración, uno de los principales problemas fue el hecho de que la CC no se podía transmitir a larga distancia, por lo que uno de los principales problemas, la CA tenía que resolverse para ser viable, era poder para entregar de manera segura los altos voltajes (KV) generados a los consumidores que usan voltajes en el rango V y no KV. Esta es una de las razones por las que se describe al transformador como uno de los principales habilitadores de CA y es importante hablar de ello.

En los transformadores, dos bobinas están cableadas de tal manera que cuando se aplica una corriente alterna en una, induce voltaje en la otra. Los transformadores son dispositivos que se utilizan para reducir o aumentar el voltaje aplicado en un extremo (bobina primaria) para producir un voltaje más bajo o más alto, respectivamente, en el otro extremo (bobina secundaria) del transformador. El voltaje inducido en la bobina secundaria es siempre igual al voltaje aplicado en el primario multiplicado por la relación entre el número de vueltas en la bobina secundaria y la bobina primaria.

Por lo tanto, un transformador que es un transformador reductor o elevador depende de la relación entre el número de vueltas en la bobina secundaria y el número de vueltas del conductor en la bobina primaria. Si hay más vueltas en la bobina primaria en comparación con la secundaria, el transformador reduce el voltaje, pero si la bobina primaria tiene menos vueltas en comparación con la bobina secundaria, el transformador aumenta el voltaje aplicado en el primario.

Transformers ha hecho posible, rentable y práctica la distribución de energía eléctrica a largo plazo. Para reducir las pérdidas durante la transmisión, la energía eléctrica se transmite desde las estaciones generadoras a alto voltaje y baja corriente y luego se distribuye a hogares y oficinas a bajos voltajes y altas corrientes con la ayuda de transformadores.

Entonces nos detendremos aquí para no sobrecargar el artículo con demasiada información. En la segunda parte de este artículo, analizaremos las formas de onda de CA y analizaremos algunas ecuaciones y cálculos. Manténganse al tanto.