guia conceptos corriente alterna
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Fundamentos De Corriente Alterna Electrotecnia
CFT UTA – T.N.S. Proyectos Eléctricos de Distribución Profesor: Jaime Ara R.
Corriente Alterna.
Cuando Hablamos de C.A. hablamos en general de una magnitud eléctrica, ya sea voltaje o
corriente que es variable en el tiempo, pero cuya variación es periódica, es decir, que se repite
a intervalos regulares. En este sentido, existen muchas formas de onda que son alternas,
algunas de estas se muestran en la figura 1:
Para analizar una forma de voltaje o corriente alterna, se
utilizara un gráfico como el de la figura 2, donde un eje
vertical indicará valores de voltajes o corrientes según
corresponda y un eje horizontal indicará valores de
tiempo. Por lo tanto cualquier medición realizada
verticalmente representará un voltaje o una corriente y
cualquier medición realizada horizontalmente
representará algún tiempo.
Figura 1: Distintas Formas
de onda alterna.
A cada repetición de la onda se le conoce como “CICLO”.
El tiempo que tarda en ocurrir un ciclo se conoce como “PERIODO” T medido en
segundos (S)
Cuantos ciclos ocurren en un segundo se entiende como “FRECUENCIA” f medido en
Hertz (Hz) ó ciclos por segundo.
La forma de onda alcanza un “valor máximo”, que es el punto más alto en un periodo.
Se conocerá como Vmax ó Imax.
El “valor mínimo” que alcanza una onda alterna en un periodo se conoce como, Vmin
o Imin, y es el punto más bajo que se alcanza en un periodo.
La diferencia entre el valor máximo y el mínimo se conoce como Valor peak to peak o
Valor Pico a Pico Vpp = Vmax - Vmin ó Ipp = Imax – Imin y gráficamente es la medida
desde el valor máximo al mínimo.
Cuando el valor máximo y mínimo sean iguales pero de distinto signo se llamará a ese
valor simplemente amplitud
Figura 2: Forma de onda alterna cualquiera.
IMPORTANTE: En general la frecuencia se calcula como el reciproco del
periodo. Es decir:
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Ejemplo 1: En la figura siguiente se puede observar una señal de voltaje alterna. Indique cual
es el periodo, cual es la frecuencia, voltaje mínimo, máximo y peak-to-peak.
Figura 3: Voltaje Alterno de forma aleatorio.
Desarrollo:
En la figura 3 se puede observar un voltaje alterno.
Cada ciclo tiene una duración de 16.70ms, luego el periodo T = 16.70 (ms).
La frecuencia se puede calcular como:
Es decir que esta forma de onda se repite 60 veces en un segundo, podemos decir también
que este voltaje tiene 60 ciclos por segundo.
El voltaje máximo de esta señal esta dado por Vmáx = 11.9 (v)
El voltaje mínimo de esta señal esta dado por Vmín = -5.9 (V)
El Voltaje peak-to-peak esta dado por Vpp = Vmáx – Vmín = 11.9v – (- 5.9v) = 17.8(v)
Ejemplo 2: En un
osciloscopio, ud. ha
capturado la siguiente
forma de onda alterna,
mostrada en la figura 4, a la
salida de un transformador.
Indique:
Periodo.
Frecuencia.
Valor Máximo.
Valor Mínimo.
peak–to–peak.
Figura 4: gráfica en el osciloscopio para el ejemplo 2
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Desarrollo:
De la figura se puede observar la siguiente figura que se repite 2 veces:
Luego es una onda periódica, ya que se repite la misma figura. Esta figura es un ciclo.
El periodo de la onda es el tiempo que dura un ciclo, en la imagen se puede apreciar
que un ciclo dura 500ms y por lo tanto el periodo es de T = 500(ms) ó T = 0.5 (s).
La frecuencia se calcula como:
La frecuencia es una medida de cuantos ciclos caben en un segundo, ya que cada ciclo dura
0.5(s) o medio segundo. En este caso caben dos ciclos en un segundo, por tanto f = 2 (Hz) ó f =
2 ciclos por segundo.
De la gráfica se puede ver que el valor máximo que alcanza la señal es 5(v).
También de la gráfica se puede que el valor más bajo que alcanza la señal es de
- 5(v).
El valor peak-to-peak Vpp = 5v – (-5v) = 10(v)
En este caso de puede ver que el valor máximo y mínimo son iguales pero de distinto signo,
por lo tanto se dirá que esta señal tiene una amplitud de 5(v)
Ejemplo 3: el voltaje alterno de la figura, es una onda triangular, se han realizado las
mediciones que ahí se indican. Señale: Periodo, Frecuencia, Valor máximo, Valor mínimo, Valor
peak-to-peak, ¿se puede hablar de amplitud?
Figura 5: gráfica en el osciloscopio para el ejemplo 3
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Desarrollo:
De la figura se puede observar la siguiente figura que se repite es esta:
Luego es una onda periódica, ya que se repite la misma figura. Esta figura es un ciclo.
El periodo de la onda es el tiempo que dura un ciclo, en la imagen se puede ver que un
ciclo para esta señal dura 12.5ms y por lo tanto el periodo es de T = 12.5(ms) La
frecuencia se calcula como:
Por lo tanto f = 80 (Hz) ó f = 80 ciclos por segundo.
De la gráfica se puede ver que el valor máximo que alcanza la señal es 6(v).
También de la gráfica se puede que el valor más bajo que alcanza la señal es de
- 6(v).
El valor peak-to-peak Vpp = 6v – (-6v) = 12(v)
En este caso se puede ver que el valor máximo y mínimo son iguales pero de distinto signo, por
lo tanto se dirá que esta señal tiene una amplitud de 6(v), esta onda se puede describir como
una: “señal triangular de 80(hz) y 6(v) de amplitud”
Ejemplo 4: Suponga que en un osciloscopio ud. captura la señal que se muestra en la figura 6
por el canal 1, si el osciloscopio esta graduado con las siguientes escalas:
Escala vertical: 0.5 (v/división)
Escala horizontal: 2 (ms/división)
Indique los parámetros antes calculados, (periodo, frecuencia, etc) considere que la línea
horizontal naranja es el eje del tiempo.
Figura 6: Captura de pantalla de osciloscopio.
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Desarrollo.
Se puede ver de la figura que el periodo es de 5 divisiones. T = 5 (Div) pero cada división
representa 2(ms) por lo tanto el periodo estará dado por:
Para la frecuencia, debemos utilizar la fórmula:
Se puede ver que el valor máximo que alcanza la señal es de 6.5 divisiones aproximadamente,
esto significa que Vmáx = 6.5 (div), pero cada división equivale a 0.5(v):
Análogo para el voltaje mínimo, que alcanza a tomar 6.5 divisiones hacia abajo esto se puede
simbolizar como Vmín = -6.5 (div) (como es medido hacia abajo, tendrá un signo menos), pero
está sujeto a la misma vertical, luego:
Luego el voltaje peak-to-peak es: