Corriente alterna monofásica.

Introducción. Corriente alterna.

Se denomina corriente alterna (en español "CA" y en inglés "AC", de "Alternating Current") a la corriente eléctrica que varía periódicamente de magnitud y sentido.

La forma de oscilación de la corriente alterna más frecuentemente utilizada es la oscilación senoidal, con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Es tal que, cuando hablamos de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a la corriente alterna senoidal.

En cambio, la corriente alterna senoidal no es la única, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódica sinusoidales, tales como la triangular y cuadrada.

Hay que diferenciar entre una oscilación periódica sinusoidal y senoidal. Una oscilación periódica sinusoidal es la forma de onda cuya curva no sigue la función senoidal, por ejemplo, oscilaciones con forma triangular, dientes de sierra y cuadradas. En cambio una oscilación periódica senoidal, la curva de la forma de onda sigue la función senoidal.

Corriente alterna senoidal 230 V, 50 Hz.

Corriente alterna sinusoidal triangular 230 V, 50 Hz.

Corriente alterna sinusoidal cuadrada 230 V, 50 Hz.

La energía eléctrica llega a nuestros hogares en forma de corriente alterna senoidal. Sus magnitudes, tensión e intensidad, cambian de sentido un determinado número de veces por segundo. A esto se le denomina frecuencia y se mide en Hercios (Hz). Los valores de la tensión y de la intensidad de corriente varían a lo largo de un ciclo y el valor que tienen en cada instante recibe el nombre de valor instantáneo.   

Valores fundamentales de la corriente alterna senoidal.

La corriente alterna senoidal es un fenómeno periódico, ya que se reproduce idénticamente en intervalos a tiempo iguales. En las corriente periódicas, aparecen una serie de parámetros que por sí solo definen el efecto alterno. Estos parámetros o valores fundamentales son:

-. Frecuencia.

Es el número de veces que la señal alterna se repite en un segundo. Se representa por la letra " f " minúscula, siendo su unidad el hercio "Hz", que equivale a un ciclo por segundo.  

-. Período.

Se define como periodo el tiempo necesario para que una señal alterna se repita. Se representa por la letra " T " mayúscula y se mide en segundos. El periodo en la inversa de la frecuencia.

Fórmula del Periodo.

Cuando la corriente alterna se suministra a 50 Hz, un periodo es igual a 20 milisegundos. Es decir, el tiempo que tarda la señal senoidal de la corriente en realizar el recorrido completo sin repetirse es de 0,02 segundos.  

-. Valor instantáneo.

Es el que toma la ordenada en un instante, "t", determinado. La unidad depende del valor instantáneo considerado: tensión , intensidad. Se suele representar por letras minúsculas.

-. Valor máximo, pico o cresta.

De todos los valores instantáneos comprendidos en un periodo, se denomina valor máximo al mayor de ellos. A este valor, también se le denomina amplitud de la señal alterna, valor de cresta o valor de pico. El valor máximo coincide, en valor absoluto, con el valor mínimo.  

-. Valor de pico a pico.

Es el valor comprendido entre dos picos consecutivos, es decir la diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.

-. Valor eficaz.

El valor eficaz se define como el valor de una corriente (o tensión) continua que produce los mismos efectos caloríficos que su equivalente de alterna. Es decir que para determinada corriente alterna, su valor eficaz será la corriente continua que produzca la misma disipación de potencia en una resistencia. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente.

Demostración matemática del valor eficaz.

En inglés al valor eficaz se le conoce como R.M.S (root mean square, valor cuadrático medio). En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia, ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna sinusoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:

El valor eficaz, sea tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida por una carga. Así, si una tensión alterna, desarrolla una cierta potencia, en una carga resistiva dada, una tensión continua de Vrms desarrollará la misma potencia para la misma carga.

-. Valor medio. 

Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su periodo. El valor medio se puede interpretar como el componente de continua de la oscilación sinusoidal. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente.

Demostración matemática del valor medio. 

Valores fundamentales de la corriente alterna senoidal.

Representación del Fasor.

Con objeto de estudiar la forma de una señal alterna, se recurre a su representación gráfica. El fasor se utiliza directamente en ingeniería eléctrica, óptica,  ingeniería de telecomunicaciones y acústica.

Una función sinusoidal puede ser representada por un número complejo cuyo argumento crece linealmente con el tiempo, al que se denomina fasor o representación de Fresnel, tendrá las siguientes características: 

1. Gira con una velocidad angular ω constante.
2. Su módulo será el valor máximo o eficaz, según convenga.

Representación fasorial de una señal sinusoidal. 

La razón de utilizar la representación fasorial está en la simplificación que ello supone. Matemáticamente, un fasor puede ser definido fácilmente mediante un número complejo, por lo que puede emplearse la teoría de cálculo de estos números para el análisis de sistemas de corriente alterna.  

El fasor en la representación vectorial de un parámetro eléctrico como la tensión, intensidad e impedancia. Es una magnitud orientada en el espacio, que consta de módulo y argumento.  

Representación del Fasor.