- Introducció
- Circuits de corrent altern
- Corrent altern VS corrent continu (CA vs CC)
- Font bàsica de CA (generador de CA d'una sola bobina)
- Transformadors
Introducció
Un circuit elèctric és un camí conductor complet a través del qual els electrons flueixen de la font a la càrrega i tornen a la font. La direcció i la magnitud del flux d’electrons depenen, però, del tipus de font. En Enginyeria Elèctrica, hi ha bàsicament dos tipus de font de tensió o corrent (energia elèctrica) que defineixen el tipus de circuit i que són; Corrent altern (o tensió) i corrent continu.
Per al pròxim parell de publicacions, ens centrarem en el corrent altern i anirem passant per temes que van des del que és el corrent altern fins a les formes d'ona CA, etc.
Circuits de corrent altern
Els circuits de corrent altern que el seu nom indica (corrent altern) són simplement circuits alimentats per una font alternativa, ja sigui de tensió o de corrent. Un corrent altern o tensió és aquell en què el valor de la tensió o del corrent varia al voltant d’un valor mitjà concret i inverteix la direcció periòdicament.
La majoria d’aparells i sistemes domèstics i industrials actuals s’alimenten amb corrent altern. Tots els electrodomèstics i bateries recarregables connectats a CC funcionen tècnicament amb corrent altern, ja que tots utilitzen una forma d'alimentació de CC derivada de CA per carregar les seves bateries o alimentar el sistema. Així doncs, el corrent altern és la forma mitjançant la qual s’alimenta la xarxa elèctrica.
El circuit alternatiu va sorgir als anys vuitanta, quan Tesla va decidir resoldre la incapacitat de llarg abast dels generadors de corrent continu de Thomas Edison. Va buscar una manera de transferir electricitat a alta tensió i després va utilitzar l'ús de transformadors per augmentar-la o baixar-la segons sigui necessari per a la distribució i, per tant, va ser capaç de minimitzar la pèrdua d'energia a una gran distància que era el principal problema de Direct Actual en aquell moment.
Corrent altern VS corrent continu (CA vs CC)
La CA i la CC es diferencien de diverses maneres, des de la generació fins a la transmissió i la distribució, però per simplificar, mantindrem la comparació amb les seves característiques per a aquesta publicació.
La principal diferència entre el corrent altern i el corrent continu, que també és la causa de les seves diferents característiques, és la direcció del flux d’energia elèctrica. En CC, els electrons flueixen constantment en una sola direcció o cap endavant, mentre que en corrent altern, els electrons alternen la seva direcció de flux en intervals periòdics. Això també condueix a l'alternança del nivell de tensió, ja que canvia de positiu a negatiu en línia amb el corrent.
A continuació es mostra un gràfic de comparació per ressaltar algunes de les diferències entre CA i CC. Es ressaltaran altres diferències a mesura que explorem més els circuits de corrent altern.
|
Bases de comparació |
AC |
DC |
|
Capacitat de transmissió d'energia |
Viatja a gran distància amb pèrdues d'energia mínimes |
Es perd gran quantitat d'energia quan s'envia a llargues distàncies |
|
Conceptes bàsics sobre la generació |
Girant un imant al llarg d’un cable. |
Magnetisme constant al llarg d’un cable |
|
Freqüència |
Normalment 50Hz o 60Hz segons el país |
La freqüència és zero |
|
Direcció |
Inverteix la direcció periòdicament quan circula per un circuit |
Flueix constantment en una direcció. |
|
Actual |
La seva magnitud varia amb el temps |
Magnitud constant |
|
Font |
Totes les formes de generadors de corrent altern i de xarxa |
Cèl·lules, bateries, conversió de corrent altern |
|
Paràmetres passius |
Impedància (RC, RLC, etc.) |
Només resistència |
|
Factor de potència |
Es troba entre 0 i 1 |
Sempre 1 |
|
Forma d'ona |
Sinusoïdal, Trapezoïdal, Triangular i Quadrat |
Línia recta, de vegades pulsant. |
Font bàsica de CA (generador de CA d'una sola bobina)
El principi al voltant de la generació de corrent altern és senzill. Si es gira un camp magnètic o un imant al llarg d’un conjunt estacionari de bobines (cables) o la rotació d’una bobina al voltant d’un camp magnètic estacionari, es genera un corrent altern mitjançant un generador de corrent altern (alternador).
La forma més simple de generador de corrent altern consisteix en un bucle de fil que es fa girar mecànicament al voltant d’un eix mentre es col·loca entre els pols nord i sud d’un imant.
Considereu la imatge següent.
A mesura que la bobina d'armatura gira dins del camp magnètic creat pels imants dels pols nord i sud, el flux magnètic a través de la bobina canvia i, per tant, les càrregues són forçades a través del fil, donant lloc a una tensió efectiva o tensió induïda. El flux magnètic a través del bucle és com a resultat de l'angle del bucle en relació amb la direcció del camp magnètic. Penseu en les imatges següents;
A partir de les imatges mostrades anteriorment, podem deduir que, un cert nombre de línies de camp magnètic es tallaran a mesura que giri l'armadura, la quantitat de "línies tallades" determina la tensió de sortida. Amb cada canvi en l'angle de rotació i el moviment circular resultant de l'armadura contra les línies magnètiques, també canvia la quantitat de "línies magnètiques tallades", de manera que també canvia la tensió de sortida. Per exemple, les línies de camp magnètic tallades a zero graus són zero, cosa que fa que el voltatge resultant sigui zero, però a 90 graus es tallen gairebé totes les línies de camp magnètic, de manera que es genera una tensió màxima en una direcció en una direcció. El mateix es manté a 270 graus només que es genera en la direcció oposada. D’aquesta manera, es produeix un canvi resultant en la tensió a mesura que l’armadura gira dins del camp magnètic, donant lloc a la formació d’una forma d’ona sinusoïdal. La tensió induïda resultant és, per tant, sinusoidal, amb una freqüència angular ω mesurada en radians per segon.
El corrent induït a la configuració anterior ve donat per l'equació:
I = V / R
On V = NABwsin (pes)
On N = velocitat
A = Àrea
B = Camp magnètic
w = Freqüència angular.
Els generadors de CA reals són òbviament més complexos que això, però funcionen sobre la base dels mateixos principis i lleis d’inducció electromagnètica que es descriuen anteriorment. El corrent altern també es genera utilitzant cert tipus de transductors i circuits oscil·ladors tal com es troba als inversors.
Transformadors
Els principis d’inducció en què es basa l’AC no es limiten només a la seva generació, sinó també a la seva transmissió i distribució. Com en el moment en què AC va tenir en compte, un dels problemes principals era el fet que el DC no es podia transmetre a una llarga distància, per la qual cosa un dels problemes principals, AC havia de ser resolt per ser viable, era poder per lliurar amb seguretat les altes tensions (KV) generades als consumidors que utilitzen tensions en el rang V i no KV. Aquesta és una de les raons per les quals el transformador es descriu com un dels principals facilitadors de CA i és important parlar-ne.
En els transformadors, es bobinen dues bobines de manera que quan s’aplica un corrent altern indueix tensió a l’altra. Els transformadors són dispositius que s’utilitzen per reduir o augmentar la tensió aplicada en un extrem (bobina primària) per produir una tensió inferior o superior respectivament a l’altre extrem (bobina secundària) del transformador. La tensió induïda a la bobina secundària sempre és igual a la tensió aplicada a la primària multiplicada per la proporció del nombre de voltes de la bobina secundària a la bobina primària.
Un transformador que sigui un transformador de baixada o de pujada depèn, per tant, de la proporció del nombre de voltes de la bobina secundària al nombre de voltes del conductor de la bobina primària. Si hi ha més voltes a la bobina primària en comparació amb la secundària, el transformador redueix la tensió, però si la bobina primària té menys nombre de voltes en comparació amb la bobina secundària, el transformador augmenta la tensió aplicada a la primària.
Els transformadors han fet que la distribució d'energia elèctrica a llarg abast sigui molt possible, rendible i pràctica. Per reduir les pèrdues durant la transmissió, l'energia elèctrica es transmet des de les centrals generadores a alta tensió i baix corrent i després es distribueix a les llars i oficines a baixes tensions i corrents elevats amb l'ajut de transformadors.
Així que ens aturarem aquí per no sobrecarregar l’article amb massa informació. A la segona part d’aquest article, discutirem les formes d’ona de CA i entrarem en algunes equacions i càlculs. Estigueu atents.