(corriente alterna). Abreviatura de alternating current.

Corriente alternada (Alternating current, AC)

Una armadura bobinada que gira en un campo magnético uniforme constituye un generador elemental de corriente alternada (A wound armature rotating in a uniform magnetic field forms a basic alternating-current generator). Puede usarse un vector que gira uniformemente para simular los lados que cortan el flujo magnético.

Siempre que la armadura o el vector giratorio se mueven en ángulo recto respecto del flujo magnético, se corta el máximo número de líneas de campo y la fuerza electromotriz inducida alcanza su valor máximo (When the conductor moves perpendicular to the magnetic flux, the induced electromotive force reaches its maximum value). Cuando se mueve paralela al flujo, no se corta ninguna línea y la fem inducida es nula.

Después de un cuarto de revolución, la armadura alcanza una posición vertical donde la fem es máxima. En el siguiente cuarto de vuelta disminuye nuevamente hasta cero. Durante el tercer cuarto de giro se induce una fem de sentido opuesto, alcanzando el valor máximo negativo. Tras completar la revolución total (360°), el ciclo se repite.

Expresión matemática de la fem inducida (Mathematical expression of the induced emf)

La componente efectiva del vector que corta el flujo magnético es:

$E = E_m \sin \theta$

donde:

• $E_m$ = fem máxima (maximum emf)
• $\theta$ = ángulo instantáneo de giro (instantaneous angular position)

Para una rotación uniforme:

$\theta = \omega t$

Por lo tanto, el voltaje instantáneo generado es:

$e = E_m \sin \theta = E_m \sin(\omega t)$

Corriente inducida en carga resistiva (Current in a resistive load)

Si el voltaje inducido se aplica a una carga puramente resistiva, la corriente instantánea varía con la misma forma sinusoidal que el voltaje: (If the induced voltage is applied to a purely resistive load, the current follows the same sinusoidal waveform as the voltage).

$i = I_m \sin \theta = I_m \sin(\omega t)$

• $I_m$ = corriente máxima (maximum current)

Conceptos clave (Key concepts)

• Flujo magnético — Magnetic flux
• Fuerza electromotriz inducida — Induced electromotive force (emf)
• Ángulo eléctrico — Electrical angle
• Velocidad angular $\omega$ — Angular velocity
• Ciclo — Cycle
• Onda sinusoidal — Sinusoidal waveform

La corriente alterna (CA) es un tipo de corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido del flujo de electrones varían cíclicamente. A diferencia de la corriente continua (CC), donde el flujo es constante y unidireccional, la corriente alterna cambia de dirección periódicamente, generalmente siguiendo una forma de onda sinusoidal.

Características principales de la corriente alterna:

Frecuencia: La frecuencia de la CA indica cuántos ciclos completos ocurren por segundo y se mide en hercios (Hz). Por ejemplo, en Argentina, la frecuencia estándar es de 50 Hz.

Amplitud: Representa el valor máximo de la tensión o corriente en un ciclo.

Forma de onda: Aunque la forma sinusoidal es la más común, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, como la triangular o la rectangular.

Ventajas de la corriente alterna:

Transmisión eficiente: La CA permite transmitir energía eléctrica a largas distancias con menores pérdidas, gracias al uso de transformadores que elevan y reducen la tensión según sea necesario.

Facilidad de transformación: Es más sencillo y eficiente cambiar los niveles de voltaje en sistemas de CA mediante transformadores, lo que facilita su adaptación a diversas aplicaciones.

Aplicaciones comunes:

La corriente alterna es la forma de energía eléctrica más utilizada en hogares, industrias y comercios. Alimenta una amplia gama de dispositivos y sistemas, desde electrodomésticos hasta maquinaria industrial.

Diferencias con la corriente continua:

Mientras que la corriente continua mantiene un flujo constante en una sola dirección, la corriente alterna cambia de dirección periódicamente. Esta característica hace que la CA sea más adecuada para la transmisión de energía eléctrica a gran escala.

En resumen, la corriente alterna es fundamental en la distribución y uso de la energía eléctrica en la sociedad moderna, debido a su eficiencia y versatilidad.

En un generador de corriente alternada con dos polos magnéticos, el voltaje de salida y la corriente completan un ciclo sinusoidal durante una revolución mecánica de la armadura (In an AC generator with two magnetic poles, the output voltage and current complete one sinusoidal cycle per mechanical revolution of the armature).

$1 \text{ revolución} = 360^\circ = 2\pi \text{ rad}$

Un ciclo consta de una alternancia positiva (primeros 180°) y una alternancia negativa (segundos 180°) (One cycle consists of a positive half-cycle followed by a negative half-cycle).

En un generador de cuatro polos, la armadura sólo necesita girar media revolución mecánica para producir un ciclo eléctrico completo. Por lo tanto, 180° mecánicos equivalen a 360° eléctricos. (In a four-pole generator, half a mechanical revolution produces one complete electrical cycle).

Relación angular (Angular relationship)

$1 \text{ ciclo} = 360^\circ \text{ eléctricos} = 2\pi \text{ radianes eléctricos}$

Período y frecuencia (Period and frequency)

El tiempo requerido para completar un ciclo se denomina período $T$ (The time required to complete one cycle is called the period). El número de ciclos por segundo se denomina frecuencia $f$ (The number of cycles per second is the frequency).

La frecuencia es la inversa del período:

$f = \frac{1}{T}$

Frecuencia en función de polos y velocidad (Frequency as a function of poles and speed)

En general, la frecuencia de un generador de CA es igual al producto del número de pares de polos por la velocidad de rotación en revoluciones por segundo: (In general, AC frequency equals the number of pole pairs multiplied by rotational speed).

$f = (\text{pares de polos}) \times (\text{rev/s})$

Velocidad angular (Angular velocity)

Como cada ciclo corresponde a $2\pi$ radianes, la velocidad angular $\omega$ se obtiene multiplicando la frecuencia por $2\pi$: (Since each cycle equals $2\pi$ radians, angular velocity equals $2\pi$ times the frequency).

$\omega = 2\pi f \approx 6.283\,f$

Resumen de variables (Variable summary)

• $T$ — período (s) (period)
• $f$ — frecuencia (Hz) (frequency)
• $\omega$ — velocidad angular (rad/s) (angular velocity)
• $2\pi$ rad = 1 ciclo eléctrico (one electrical cycle)

Generador de corriente alterna.

• 1. Campo excitador. (Exciter field)
• 2. Excitador sin escobillas. (Brushless exciter)
• 3. Armadura del excitador (conexión trifásica en estrella). (Exciter armature – 3φ star)
• 4. Conjunto de rectificadores rotativos. (Rotating rectifier assemblies)
• 5. Diodos rectificadores CR1–CR6. (Rectifier diodes CR1–CR6)
• 6. Campo del rotor. (Rotor field)
• 7. Estator del generador. (Generator stator)
• 8. Generador de corriente alterna. (AC generator)
• 9. Salidas del generador. (Generator output leads)
• 10. Terminales del generador T1 a T12. (Generator terminals T1 through T12)
• 11. Placa de circuito. (Circuit board)
• 12. Interruptor automático. (Circuit breaker)
• 13. Señal de pulso hacia los rectificadores de control de silicio. (Pulse signal to silicon control rectifiers)
• 14. Circuito de detección de tensión. (Voltage sensing circuit)
• 15. Puente regulador. (Regulator bridge)
• 16. Rectificador de control de silicio. (Silicon controlled rectifier, SCR)
• 17. Diodos del regulador. (Regulator diodes)
• 18. Chasis del regulador de tensión. (Voltage regulator chassis)
• 19. Sistema de regulación de voltaje. (Voltage regulation system)
• 20. Circuito de control del generador. (Generator control circuit)

El diagrama muestra el funcionamiento de un generador de corriente alterna con excitación sin escobillas utilizado en grupos electrógenos de emergencia. El sistema se compone esencialmente de un excitador, un conjunto de rectificadores rotativos, el generador principal y un regulador automático de tensión. El objetivo del circuito es controlar la corriente de excitación del rotor para mantener constante la tensión de salida del generador.

El proceso comienza en el excitador sin escobillas (brushless exciter). Este excitador posee un devanado de campo estacionario y una armadura rotativa trifásica conectada en estrella. Cuando el regulador de tensión suministra corriente al campo del excitador, se genera una tensión trifásica en la armadura del excitador. Esta tensión es conducida hacia un conjunto de rectificadores rotativos, formados por diodos (CR1 a CR6), que convierten la corriente alterna generada por el excitador en corriente continua.

La corriente continua rectificada alimenta el campo del rotor del generador principal. Al circular corriente por este devanado, se produce un campo magnético giratorio que induce tensión en los devanados del estator del generador. De esta forma se obtiene la energía eléctrica de salida del generador, disponible en los terminales de salida (T1 a T12), desde donde se suministra a la carga.

El nivel de tensión generado se controla mediante un regulador automático de tensión (voltage regulator). Este regulador monitorea continuamente la tensión de salida mediante un circuito de detección. Si la tensión del generador aumenta o disminuye respecto al valor deseado, el regulador ajusta la corriente aplicada al campo del excitador. Para ello utiliza circuitos electrónicos de control y rectificadores controlados de silicio (SCR), que modifican la corriente de excitación.

Al aumentar la corriente de excitación, el campo magnético del rotor se intensifica y la tensión de salida del generador aumenta. Si la tensión es demasiado alta, el regulador reduce la excitación. De este modo, el sistema mantiene una tensión estable incluso cuando cambian las condiciones de carga. Este tipo de sistema de excitación sin escobillas reduce el mantenimiento mecánico, mejora la confiabilidad y es ampliamente utilizado en generadores de grupos electrógenos industriales y de emergencia.