Conceptos básicos de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC)

Conceptos básicos de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC)

Introducción

La polaridad de un voltaje o la dirección de una corriente en cualquier punto de un circuito, puede permanecer invariable o cambiar alternativamente con el tiempo. En el primer caso se habla de una tensión o una corriente continua (CC) y en el segundo de una tensión o corriente alterna (CA). Ambos tipos de señales son ampliamente usadas en circuitos eléctricos y electrónicos.

La corriente alterna (CA) y la corriente continua (CC), son las dos formas de energía predominantes en los circuitos eléctricos y electrónicos. Cada una afecta de manera diferente la polaridad de los voltajes y la dirección de las corrientes en un circuito. También se diferencian en la forma como varía su valor a medida que transcurre el tiempo.

Las corrientes continuas se caracterizan por que circulan siempre en la misma dirección. Las corrientes alternas por su parte, cambian alternativamente, circulando primero en una dirección y luego en la opuesta. Del mismo modo, los voltajes continuos se caracterizan siempre por que mantienen siempre la misma polaridad, mientras que los voltajes alternos la cambian alternativamente, Fig .1

En CA el valor del voltaje cambia con el tiempo, siguiendo la forma de una onda seno, figura 6.2.  En CC el voltaje no cambia, por eso se dice que es un voltaje constante.

-          Todos los circuitos electrónicos utilizan una fuente de corriente continua para operar.

-          La corriente continua se suministra directamente de una pila o una batería, o derivada de una fuente de corriente alterna mediante un proceso llamado rectificación.

-          También es posible convertir corriente  continua en alterna mediante un proceso llamado inversión.

Corriente Alterna (CA)

La corriente alterna (CA) se produce cuando se alimenta un circuito con una fuente de voltaje cuya polaridad cambia o se alterna con el tiempo. Esto causa que los electrones circulen alternativamente en una dirección y luego en la dirección opuesta, Figura 4. Además de cambiar de dirección, casi todos los tipos de corrientes alternas cambian también de valor con el tiempo.

La representación gráfica de la manera particular como varía el valor de un voltaje o corriente con el tiempo se denomina su forma de onda. En la Figura 5 se muestran algunos ejemplos. Cuando la variación sigue la forma de onda seno, se tiene lo que se denomina una corriente alterna senoidal.

Concepto de ciclo. Valores angulares

La mayoría de corrientes y tensiones alternas de interés práctico son periódicas, es decir sus formas de onda tienen un patrón regular que se repite exactamente de la misma forma cada cierto tiempo. El patrón de una forma de onda que se repite periódicamente se denomina ciclo. En la Figura 6 se muestra un ciclo de una forma de onda senoidal.

Es conveniente considerar la diferencia entre puntos de un ciclo como ángulos.

Los ángulos también pueden expresarse en radianes, siendo un π radian igual a 180°.

Convertir de grados a radianes: 

 Concepto de periodo

El tiempo que dura un ciclo de una corriente o una tensión alterna define el periodo (T) de la onda. El período se mide en segundos y submúltiplos de segundo.

Concepto de frecuencia

El número de ciclos de una corriente o una tensión alterna que ocurren o se repiten en un segundo, define la frecuencia (f) de la onda, figura 9.

Relación entre frecuencia y periodo

Matemáticamente la frecuencia es el reciproco del periodo, y viceversa. Esto es:

Valores de una onda seno

En un ciclo de una onda seno de voltaje o corriente alterna se distinguen varios valores característicos, los cuales permiten comparar una forma de onda con otra y describir su comportamiento en términos cuantitativos. Los más importantes son el valor instantáneo, el valor pico, el valor pico a pico, el valor promedio y el valor efectivo o rms, ver  figura 10.

Concepto de valor instantáneo.

El valor instantáneo, como su nombre lo indica, es el valor de voltaje o corriente que tiene la onda en cualquier instante de tiempo. Este valor se designa como   v   o  i    (en minúsculas), es proporcional al seno del ángulo correspondiente al instante considerado. Esto es:

Siendo   θ  (léase theta) el ángulo y   VM  o  IM   la amplitud o valor máximo de la onda.

Concepto de valor pico y de valor pico a pico

El valor pico, que se designa como   Ip   o   Vp , es el máximo valor positivo o negativo que alcanza la onda. La magnitud absoluta del valor pico se conoce también como amplitud.

El valor pico a pico,  que se designará como   Ipp  o   Vpp , es la amplitud neta de la onda desde el pico positivo hasta el pico negativo., En otras palabras, es la suma de los valores pico absolutos.

Concepto del valor promedio

El valor promedio, que designaremos como   Iav  o   Vav , es el promedio aritmético de todos los valores instantáneos que tiene una onda durante un semiciclo. En el caso de una onda seno pura, el valor promedio está dado por:

Concepto de valor efectivo o rms. Definición de factor de forma

El valor efectivo, eficaz o rms de una onda seno, que se designará como  Vrms  o   Irms , o simplemente como   V   o   I   (en mayúsculas), es el valor de voltaje o corriente continua (CC) que produce sobre una resistencia la misma  disipación de potencia que la onda. Se obtiene extrayendo la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de todos los valores instantáneos que adopta la onda durante el ciclo, de donde se deriva el nombre rms (root-mean-square: raíz media cuadrática). En el caso de una onda seno pura, el valor rms o efectivo está dado por:

La relación entre el valor rms y el valor promedio de una forma de onda cualquiera se denomina factor de forma (FF). En el caso de una onda seno pura, el factor de forma está dado por:

Por lo tanto, cualquier corriente o voltaje alterno senoidal tiene un factor de forma de 1,11. En la figura 12 se ilustra este concepto. Aquí, las ondas A y B son de amplitudes diferentes, pero tienen el mismo factor de forma por ser ambas senoidales.

Concepto de ángulo de fase. Relaciones de tiempo de ondas seno.

El ángulo de fase se refiere al atraso o adelanto que experimenta una onda senoidal de corriente o voltaje con respecto a otra tomada como referencia. El ángulo de fase se expresa en grados (°) En la figura 13 se muestran algunos ejemplos.

Referencia

• CEKIT, Curso Fácil de Electrónica Básica, Tomo 1, Lección 6.