La ingeniería electrónica implica el uso de diferentes circuitos, cada uno con una finalidad diversa. Un tipo de circuito es el de corriente alterna (CA), que forma parte integral del sistema de comunicación. En este artículo, estudiaremos qué es un circuito de corriente alterna y cómo se clasifica.
También estudiaremos su principio de funcionamiento y sus componentes. Analizaremos algunas aplicaciones prácticas para comprender sus ventajas y desventajas. Asimismo, haremos hincapié en la diferencia entre circuitos de CA y CC. El artículo concluirá con algunas preguntas frecuentes.
Circuito de corriente alterna
Sabemos que la corriente fluye en una sola dirección en los circuitos de CC, pero ¿sabías que es posible alternar la dirección de la corriente periódicamente? Los circuitos eléctricos de CA son el tipo de circuitos utilizados para generar una corriente eléctrica que cambia su dirección y magnitud periódicamente. Aquí tienes una definición formal de los circuitos de CA.
Los circuitos de corriente alterna están alimentados por fuentes alternas y producen corriente y voltaje que varían en magnitud y dirección a lo largo del tiempo, tras lo cual repiten el ciclo.
Términos utilizados en circuitos de CA
- Amplitud: También conocida como valor pico o valor máximo, es el mayor valor positivo o negativo obtenido por una magnitud alterna en un solo ciclo completo.
- Alternancia: Se define como un semiciclo. Generalmente, la duración de una alternancia eléctrica es de 180 grados.
- Ciclo: Se define como un conjunto de valores positivos y negativos que se completa con un número de alternancias o recorre 360 grados eléctricamente.
- Valor instantáneo: Es el valor de la tensión o la corriente en un instante dado, denotado por i o e.
- Frecuencia: La frecuencia es el número de ciclos o alternancias que una magnitud puede realizar en un segundo. Generalmente se mide en hercios.
- Periodo de tiempo: El tiempo que tarda una magnitud alterna, como la corriente o el voltaje, en completar una oscilación o ciclo se conoce como período de dicha magnitud.
- Forma de onda: Toda magnitud alterna, al medirse durante un período de tiempo, crea una forma conocida como forma de onda de esa magnitud. Esta forma de onda generalmente se grafica en el eje y con respecto al tiempo.
Fórmulas para circuitos de CA
Aquí hay una lista de fórmulas importantes:
| Cantidad | Fórmula |
|---|---|
| Voltaje de CA | v = V0sinωt |
| Corriente de CA | i = I0sinωt |
| Reactancia capacitiva | Xc = 1/2πfC |
| Voltaje RMS | Vrms = V0/√2 |
| Corriente RMS | Irms = I0/√2 |
| Reactancia inductiva | XL = 2πfL |
| Ángulo de fase de un circuito RLC en serie | ϕ = tan-1[(XL−XC )/R] |
| Versión CA de la ley de Ohm | Io = Vo/R |
| Impedancia de un circuito RLC en serie | Z = √(R2+(XL-XC)2 |
| Potencia media disipada por un resistor | Pmed = Irms2R |
Tipos de Circuitos de Corriente Alterna
Existen diferentes variaciones de circuitos de CA, como los circuitos de CA con sólo resistencia (R), con sólo inductancia (L), con sólo capacitancia (C), la combinación de RL, la combinación de RC, la combinación de LC y la combinación de RLC.
Circuito RC (Resistor y Condensador) en corriente alterna
El circuito RC incluye un generador de corriente alterna, un resistor y un condensador. Un condensador es fundamentalmente un grupo de placas conductoras divididas por un aislante. Por lo tanto, una corriente estable no puede fluir a través del condensador. Una corriente que cambia con el tiempo puede restar o añadir cargas eléctricas de las placas del condensador.
Circuito RL (Resistor e Inductor) en corriente alterna
El circuito RL incluye un generador de CA, un resistor y un inductor. Cuando se activa un interruptor en un circuito de CA RL, se genera una contrafase en la bobina del inductor.
La corriente tarda cierto tiempo en alcanzar su valor máximo. La constante de tiempo se denomina constante de tiempo inductiva.
Circuito Resistivo (R) en Corriente Alterna
Los resistores regulan, controlan, impiden o fijan el movimiento de la corriente en una trayectoria definida o aplican un corte de tensión en un circuito. Los resistores tienen una impedancia conocida como Resistencia (R). El valor resistivo de un resistor se calcula en Ohmios Ω. Puede calcularse tanto en valor fijo como en valor variable (potenciómetros).
Circuito RLC (Resistor, Inductor y Condensador)en corriente alterna
El circuito RLC es un circuito de CA que incluye una resistor R, un inductor L y un condensador C, conectados en serie o en paralelo.
La relación de fase de estos componentes puede establecerse de la siguiente manera:
- La tensión instantánea sobre el resistor está en fase con la corriente instantánea.
- La tensión instantánea sobre el inductor impulsa la corriente instantánea 90 grados.
- La tensión instantánea en el condensador va por detrás de la corriente instantánea.
Como las tensiones de los distintos componentes no están en fase, en los circuitos de corriente alterna no es posible sumarlas.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de los circuitos en CA consiste en la rotación de un imán a lo largo de un conjunto de cables o bobinas bajo el efecto de un campo magnético constante. Una versión equivalente de este principio es que, si una bobina gira en un campo magnético constante y estacionario, se genera una corriente en un generador de CA que alterna periódicamente. Cabe destacar que este generador se conoce como alternador. Este principio se aplica al diseño de circuitos en corriente alterna.
Análisis de circuitos de CA
El término análisis se utiliza para comprender el circuito y calcular sus componentes de corriente y voltaje. Dado que se trata de circuitos eléctricos de corriente alterna, los valores calculados de corriente y voltaje varían periódicamente con la frecuencia, y al representarlos gráficamente en el eje y con el tiempo, se obtiene una función sinusoidal. El voltaje generado en el circuito se puede calcular midiendo el voltaje pico o el voltaje eficaz (RMS). Este voltaje se puede utilizar para calcular la corriente en el circuito si se conoce la impedancia del circuito.
Teoría de circuitos de CA
Hemos visto que el principio de los circuitos de CA es la rotación de un imán a lo largo de un conjunto de cables o bobinas bajo el efecto de un campo magnético constante. Definamos formalmente la teoría de circuitos de CA.
La teoría de la corriente alterna (CA) se centra en el comportamiento en estado estacionario de los circuitos eléctricos y estudia las fluctuaciones de la corriente y el voltaje a lo largo del tiempo.
Para analizar estas señales alternas en forma de sinusoide se utilizan las series de Fourier, ya que toda señal puede representarse mediante sinusoides.
Diferencia entre circuitos de CA y CC
Estudiemos la diferencia entre circuitos de CA y CC.
| Parámetro | Circuitos de CA | Circuitos de CC |
|---|---|---|
| Corriente | La corriente que fluye en el circuito alterna en su dirección. | La corriente en el circuito de CC fluye en una sola dirección. |
| Fuente de alimentación | Se utilizan generadores de CA como fuente de alimentación. | Se utilizan baterías como fuente de alimentación. |
| Frecuencia | El circuito tiene una frecuencia distinta de cero. | El circuito tiene una frecuencia cero. |
| Pérdidas | La energía se puede transferir a largas distancias sin grandes pérdidas. | Las elevadas pérdidas asociadas impiden la comunicación a larga distancia. |
| Potencia | Se genera potencia reactiva. | No se genera potencia reactiva. |
Preguntas más frecuentes
¿Cuáles son los principales elementos o componentes de un circuito de CA?
Los componentes principales de los circuitos de CA son resistores, condensadores e inductores.
¿Cuántos interruptores hay en un circuito de CA en serie?
Sólo hay un interruptor en un circuito de CA en serie. Un solo interruptor controla todo el circuito en serie. No podemos controlar individualmente cada tramo de este tipo de circuito.
¿Cuál es la diferencia entre circuitos de CA y CC?
En los circuitos de CC, la corriente fluye en una dirección con cero libre, mientras que en los circuitos de CA, la corriente y el voltaje varían periódicamente en magnitud y dirección.
¿Cómo funcionan los circuitos de CA?
Los circuitos de CA se alimentan mediante un generador de CA que genera fluctuaciones en el campo eléctrico. Esta fuente alterna puede ser la corriente o el voltaje suministrados al circuito.
¿Qué es un resistor?
Es una unidad eléctrica pasiva con dos terminales que funcionan para limitar o regular el movimiento de la corriente en los circuitos eléctricos.
¿Qué es un condensador?
Un condensador es un componente eléctrico que almacena energía eléctrica en un campo eléctrico. Es un dispositivo eléctrico pasivo con dos terminales.
¿Qué es un inductor?
Un inductor es un elemento electrónico de dos terminales que acumula energía en un campo magnético cuando lo atraviesa una corriente eléctrica.
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