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Potencia continua y alternada (EL017S)

 En este artículo, que forma parte de nuestro Curso de Electrónica - Electrónica de Potencia de las diferencias entre potencia continua y alternada y lo que es ángulo de fase para una corriente alterna.

Una corriente que fluye siempre en la misma dirección y con la misma intensidad, como ocurre cuando conectamos una lámpara a una batería, se llama "corriente continua". Podemos abreviar esta designación por CC o incluso, utilizando el término americano " direct current“ por DC. En la figura 1 tenemos el gráfico que indica la intensidad de una corriente continua con el tiempo.

 

  Figura 1 – Una corriente continua no varía con el tiempo. El voltaje en el circuito permanece constante
Figura 1 – Una corriente continua no varía con el tiempo. El voltaje en el circuito permanece constante

 

 

Nótese que para provocar una corriente continua necesitamos establecer en su circuito una tensión constante, esto es, una tensión que también es continua.

Sin embargo, en aplicaciones de energía que hacen uso de la energía de la red de distribución, el tipo de corriente encontrada es otro.

Esta corriente es generada por alternadores cuyo principio de funcionamiento ha sido analizado en nuestro curso de electrónica analógica (Vol. 2). El lector podrá revisar su principio de funcionamiento en esa edición del mismo autor.

A medida que estudiamos, en la salida de un alternador tenemos una corriente que varía entre máximo y mínimo regularmente, es decir, invierte constantemente la dirección de circulación, que corresponde a una corriente alterna.

Vemos entonces que, si conectamos un receptor a un generador de este tipo, la mitad del tiempo de un ciclo, la corriente circula en una dirección, y en la otra mitad circula en la dirección opuesta. La energía de la red pública y utilizada en las industrias y otras aplicaciones es de este tipo.

Como estudiamos anteriormente, podemos representar la corriente generada por este tipo de generador por una curva llamada sinusoidal, como se muestra en la figura 2.

 

   Figura 2 – Representación de corriente alterna por una senóide
Figura 2 – Representación de corriente alterna por una senóide

 

 

El generador que produce la energía que consumimos da 60 vueltas por segundo, Lo que significa que cada segundo la corriente circula 60 veces en una dirección y 60 veces en la dirección opuesta. Decimos que la corriente de la red pública que alimenta residencias, instalaciones comerciales e industriales y otras se alterna con una frecuencia de 60 Hertz (Hz).

Hay países, como Argentina, España, Chile, Paraguay, Uruguay y Bolivia donde la corriente generada tiene una frecuencia diferente, como 50 Hz. lo interesante es que los efectos obtenidos en la transmisión de energía utilizando corriente alterna son los mismos que se obtendrían con la corriente continua, con ventajas que Estarán claros durante el curso. Vamos a tomar el siguiente ejemplo:

Pasando a través del filamento de una lámpara o elemento calefactor, los efectos finales son siempre los mismos: cuando se empuja, las cargas transfieren energía en forma de calor y cuando se tiran también, lo que significa que las lámparas se iluminan de la misma manera y los calentadores calientes de la misma manera.

 

Formas de Onda, Frecuencia, Fase y Valores

La representación gráfica de una corriente alterna tiene una forma muy especial: decimos que se trata de una forma de onda “sinusoidal” o “senoidal” , ya que estudiamos en el curso de la electrónica analógica.

Esto nos lleva a decir que la corriente alterna que se distribuye a las casas, el comercio y la industria se alterna con la forma de onda sinusoidal y la frecuencia de 60 Hz. Analizando esta onda hay varios valores importantes que el profesional de la electricidad y La electrónica de potencia debe saberlo.

La primera, de la que ya hemos hablado, es la frecuencia que es el número de veces en cada segundo que se completa un ciclo de la generación de esa energía. La frecuencia se mide en Hertz (Hz). La duración de un ciclo completo nos da el período de corriente alterna.

Para una corriente alterna de 60 Hz, por ejemplo, el período o el tiempo de un ciclo completo es de 1/60 s, como se muestra en la figura 3.

 

 

Figura 3 – La corriente alterna de 60 Hz tiene un periodo de 1/60 segundos
Figura 3 – La corriente alterna de 60 Hz tiene un periodo de 1/60 segundos

 

 

Vea que "el período es el inverso de la frecuencia" o escribiendo esto como una fórmula:

 

T = 1/f (f 7.1)

 

Donde:

T es el período (en segundos)

F es la frecuencia (en Hertz)

 

La amplitud de una tensión alterna se expresa de varias maneras, como podemos ver en la figura 4.

 

Figura 4 – Valores en un sinusoidal
Figura 4 – Valores en un sinusoidal

 

 

El valor máximo que alcanza un voltaje alterno es el valor máximo. Indicamos este valor por Vp. La mitad del valor máximo nos da el valor medio o Vm.

Sin embargo, un valor muy importante es el "valor medio cuadrático" o " root mean square “del inglés, que nos lleva a la abreviatura Vrms. Este valor corresponde a la raíz cuadrada de 2 dividido por 2 veces el valor máximo, o como se muestra en la fórmula:

 

Vrms = 0707 x VP (f 7.2)

 

Donde:

Vrms es la tensión media cuadrática (en volts)

VP es la tensión máxima

0,707 es la raíz cuadrada de 2 (1,41) dividido por 2

 

Teniendo en cuenta que la raíz cuadrada de 2 es aproximadamente 1,41, dividiendo ese valor por 2, obtenemos 0,707. Eso significa que conseguimos la tensión RMS Multiplicando el pico de tensión por 0,707. De la misma manera, conociendo la tensión RMS obtenemos el valor máximo al multiplicarlo por 1,41.

La tensión de "110 V" que encontramos en nuestra red eléctrica tiene este valor RMS. Así, el momento en que está en su máximo, el pico va a:

 

Rd = 1,41 x 110

Rd = 155,1

 

Lo mismo ocurre con las intensidades de corriente: podemos hablar de la corriente máxima (IP), corriente media (Im) y la corriente RMS (IRMS) en un circuito.

Otro valor importante que debemos observar en la representación de una tensión o corriente sinusoidal es su fase. Cada momento, dentro de un ciclo, la tensión alterna tiene un cierto valor. Este valor cambia constantemente, dependiendo de la frecuencia de la tensión alterna.

En ciertas aplicaciones es importante conocer el valor que la tensión o corriente en un circuito de corriente alterna asume en un momento determinado dentro del ciclo.

Para ello, lo que se hace es dividir el ciclo a 360 grados (como en una circunferencia) e indicar el instante por un ángulo entre 0 y 360, como puede ver el lector en la figura 5.

 

Figura 5 – Las mediciones del círculo trigonométrico
Figura 5 – Las mediciones del círculo trigonométrico

 

 

Los 360 grados se adoptan recordando que un ciclo de una corriente alterna se genera en un giro completo del alternador. De esta manera se puede indicar el momento deseado en un ciclo por un ángulo de fase, dado en grados.

También podemos utilizar el mismo concepto para comparar dos corrientes alternas o tensiones que no están perfectamente sincronizadas, es, que no alcanzan los puntos máximo y mínimo en el mismo instante.

Decimos que estas corrientes están "desfasadas" y podemos indicar la diferencia de fase entre ellos por un ángulo, como se puede observar en la figura 6.

 

Figura 6 – Desfasaje entre dos corrientes
Figura 6 – Desfasaje entre dos corrientes

 

 

Estos conceptos son muy importantes en la electrónica de potencia.

 

Oposición de fase. Cuando la diferencia de fase entre dos corrientes o tensiones es de 180 grados decimos que están en oposición de fase: cuando uno es positivo y el otro negativo y viceversa. Vea la figura 7.

 

Figura 7 – dos tensiones en oposición de fase
Figura 7 – dos tensiones en oposición de fase

 

 

 

 

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