Un análisis completo de la corriente continua y la corriente alterna
2024-07-04 7445

La corriente continua y la corriente alterna son dos componentes básicos de los sistemas de energía modernos, cada uno con características únicas y una amplia gama de aplicaciones.Los ingenieros y técnicos eléctricos, en particular, deben comprender estas dos formas de voltaje y sus aplicaciones.En este artículo, exploraremos en detalle las definiciones, características, símbolos, métodos de medición, cálculos de energía y aplicaciones prácticas de corriente continua y corriente alternativa en diferentes campos.Además, introduciremos cómo se aplican estos formularios de voltaje en el proceso de conversión y regulación de energía para satisfacer diversas necesidades técnicas.Al analizar completamente estos contenidos, los lectores podrán comprender mejor los principios operativos de los sistemas de energía y mejorar su capacidad para operar en aplicaciones prácticas.

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Figura 1: corriente alterna versus corriente continua

¿Qué es el voltaje de CC?

La corriente continua (DC) se refiere al movimiento unidireccional de la carga eléctrica.A diferencia de la corriente alterna (CA), donde los electrones cambian periódicamente, DC mantiene una dirección fija del flujo de electrones.Un ejemplo común de DC es una célula electroquímica, donde una reacción química produce un voltaje estable que permite que la corriente fluya continuamente a través de un circuito.DC puede pasar a través de una variedad de materiales conductores, como cables, semiconductores, aisladores e incluso vacío.Por ejemplo, un haz de electrones o iones en un vacío representa DC.

Figura 2: Principio de trabajo de voltaje de CC

En el pasado, DC se llamaba Galvanic Current, llamado así por el científico italiano Luigi Galvani.Las abreviaturas AC y DC representan la corriente alterna y la corriente continua, respectivamente.Para convertir AC a DC, se necesita un rectificador.Un rectificador consiste en un componente electrónico, como un diodo o un componente electromecánico, como un interruptor, que permite que la corriente fluya en una sola dirección.Por el contrario, se puede usar un inversor para convertir DC a AC.

DC es ampliamente utilizado en tecnología moderna.No solo alimenta dispositivos básicos con baterías, sino también una variedad de sistemas y motores electrónicos.En procesos como la fundición de aluminio, se pueden usar grandes cantidades de corriente continua para el procesamiento de materiales.Además, algunos sistemas ferroviarios urbanos usan corriente continua para garantizar una operación continua y eficiente.La corriente continua de alto voltaje (HVDC) es adecuada para transmitir grandes cantidades de potencia a largas distancias o conectar diferentes rejillas de CA.La alta eficiencia y las bajas pérdidas de los sistemas HVDC los hacen ideales para la transmisión de potencia generalizada y de gran capacidad.

Los sistemas de alto voltaje de CA/CC están diseñados para manejar la corriente alterna de alto voltaje y la corriente continua.Estos sistemas generan y ofrecen corriente continua de alto voltaje estable para procesos industriales, investigación científica, pruebas electrónicas y sistemas de energía.Estos dispositivos de suministro de energía están cuidadosamente diseñados para proporcionar una regulación y confiabilidad precisas para cumplir con una variedad de requisitos profesionales e industriales.

¿Qué es el voltaje de CA?

La corriente alterna (AC) se refiere a un tipo de corriente eléctrica cuya resistencia y dirección cambian periódicamente con el tiempo.Durante un ciclo completo, el valor promedio de AC es cero, mientras que la corriente continua (DC) mantiene una dirección de flujo constante.La característica principal de AC es su forma de onda, que generalmente es una onda sinusoidal, que garantiza una transmisión de potencia eficiente y estable.

Figura 3: Principio de trabajo de voltaje de CA

El CA sinusoidal es común en los sistemas de energía en todo el mundo.Tanto las fuentes de energía de la red residencial e industrial generalmente usan AC sinusoidal porque minimiza las pérdidas de energía durante la transmisión y es fácil de generar y controlar.Además de las olas sinusoidales, AC también puede tomar la forma de ondas triangulares y ondas cuadradas.Estas formas de onda alternativas son útiles en aplicaciones específicas, como el procesamiento de señales en dispositivos electrónicos y tareas específicas de conversión de energía, donde las ondas cuadradas o triangulares pueden ser más eficientes que las ondas sinusoidales.

La naturaleza cíclica de AC lo hace ideal para la transmisión a larga distancia.Los transformadores pueden subir o bajar fácilmente el voltaje de CA, reduciendo las pérdidas de energía durante la transmisión.Por el contrario, DC requiere sistemas de conversión y gestión más complejos para la transmisión de larga distancia, por lo que es más adecuado para usos industriales específicos y aplicaciones de corta distancia.

La frecuencia de CA varía de región a región.Por ejemplo, América del Norte y algunos países usan 60 Hertz (Hz), mientras que la mayoría de las otras regiones usan 50 Hz.Estas diferencias de frecuencia afectan el diseño y el funcionamiento de los equipos eléctricos, por lo que se requiere una consideración cuidadosa al fabricar y usar equipos en diferentes regiones.En general, la potencia de CA se usa ampliamente en hogares, empresas e industrias debido a su facilidad de conversión, alta eficiencia de transmisión y versatilidad en una variedad de aplicaciones.

¿Cuáles son los símbolos para el voltaje de CC y CA?

En ingeniería eléctrica, el voltaje de CC y CA se representan por símbolos distintos.El carácter Unicode U+2393, generalmente mostrado como "⎓", a menudo se usa en aplicaciones de CC, simbolizando la dirección constante de la corriente de CC.En un multímetro, el voltaje de CC típicamente está representado por una "V" capital con una línea recta por encima de él ("V), lo que indica el rango de medición para el voltaje de CC.

En los diagramas de circuito, el símbolo de una fuente de voltaje de CC, como una batería, consta de dos líneas paralelas: una línea continua y una línea discontinua.La línea continua representa el polo positivo (+) y la línea discontinua representa el polo negativo (-).Este diseño muestra intuitivamente la polaridad de la fuente de voltaje de CC y la dirección del flujo de corriente.Específicamente, la línea más larga indica el polo positivo, que se asocia con un potencial o voltaje más alto, mientras que la línea más corta indica el polo negativo, asociado con un potencial más bajo.Este símbolo se usa universalmente en el diseño de circuitos electrónico, aunque puede haber leves iones V ariat basados ​​en diferentes estándares.

Figura 4: Símbolo de voltaje de CC

Por otro lado, el voltaje de CA está representado por una "V" capital con una línea ondulada sobre él.Esta línea ondulada refleja los cambios periódicos de la corriente de CA con el tiempo.A diferencia de DC, la dirección y el voltaje de la corriente de CA cambian constantemente, y la línea ondulada transmite efectivamente esta característica.En equipos eléctricos e instrumentos de prueba, este símbolo de voltaje de CA ayuda a los ingenieros y técnicos a identificar y medir rápidamente el voltaje de CA.

Figura 5: Símbolo de voltaje de CA

La identificación correcta y el uso de símbolos de voltaje de CC y CA aseguran un diseño de circuito preciso y un funcionamiento seguro de los equipos eléctricos.Ya sea en diagramas de circuito o durante la puesta en servicio y mantenimiento de equipos, los símbolos estandarizados reducen malentendidos y errores, mejorando la eficiencia y la seguridad.

Cómo medir el voltaje de CC y CA con un multímetro

Medición del voltaje de CC

Al medir el voltaje de CC con un multímetro, los pasos son simples.Tomemos verificar una batería como ejemplo.

• Preparación:Retire la batería del dispositivo y, si mide la batería de un automóvil, encienda los faros delanteros durante dos minutos y luego apague para estabilizar la batería.

• Conecte las sondas:Conecte la sonda negra en el enchufe COM y la sonda roja en el enchufe etiquetado con un voltaje de CC (como Vω o V–).

• Acceda a los terminales de la batería:Coloque la sonda negra en el terminal negativo (-) y la sonda roja en el terminal positivo (+).

• Lea el valor:Observe y grabe el voltaje que se muestra en el multímetro.Este valor indica el nivel de carga de la batería.

• Desconectar:Retire primero la sonda roja, luego la sonda negra.

Figura 6: Medición de voltaje de CC

Medición del voltaje de CA

La medición del voltaje de CA requiere un enfoque ligeramente diferente.Así es cómo:

• Configure su multímetro:Gire el dial a la posición de voltaje de CA (generalmente marcado ṽ o mṽ), y si el voltaje es desconocido, establezca el rango en la configuración de voltaje más alta.

• Conecte los cables:Conecte el cable negro en el conector COM y el cable rojo en el gato Vω.

• Toque el circuito:Toque el plomo negro a una parte del circuito y el conducto rojo a otro.Tenga en cuenta que el voltaje de CA no tiene polaridad.

• Precauciones de seguridad:Mantenga los dedos alejados de las puntas del cable y evite dejar que las puntas se toquen entre sí para evitar la descarga eléctrica.

• Lea el valor:Observe la medición en la pantalla, y cuando haya terminado, retire primero el cable rojo, luego el plomo negro.

Figura 7: Medir el voltaje de CA

Consejos profesionales

Para el voltaje de CC, si la lectura es negativa, cambie las sondas para obtener una lectura positiva.El valor seguirá siendo el mismo.Tenga cuidado al usar un multímetro analógico;La inversión de las sondas puede dañar el dispositivo.Siguiendo estos procedimientos garantiza mediciones de voltaje precisas y un funcionamiento seguro de los equipos eléctricos.

¿Cómo se calcula la potencia de CC y la potencia de CA?

Figura 8: Cómo calcular la potencia de CC y la potencia de CA

Calculando la potencia de DC

Para calcular la energía en un circuito de CC, puede usar la ley de Ohm.Así es cómo:

Determinar el voltaje

Use la fórmula v = i * R.

Ejemplo: si la corriente (i) es 0.5 A (o 500 mA) y la resistencia (R) es de 100 Ω, entonces:

V = 0.5 A * 100 Ω = 50 V

Calcular la potencia

Use la fórmula P = V * I.

Ejemplo: cuando v = 50 V e i = 0.5 a:

P = 50 V * 0.5 A = 25 W

Convertir unidades de voltaje

Para convertir a kilovoltios (kV): dividir por 1,000.

Ejemplo: 17,250 vdc / 1,000 = 17.25 kvdc

Para convertir a milivoltios (MV): multiplique por 1,000.

Ejemplo: 0.03215 VDC * 1,000 = 32.15 VDC

Calculando la potencia de CA

Los cálculos de potencia de CA son más complejos debido a la naturaleza periódica del voltaje y la corriente.Aquí hay una guía detallada:

Comprensión de los valores instantáneos

En un circuito de CA, el voltaje y la corriente varían periódicamente.La potencia instantánea (P) es el producto del voltaje instantáneo (V) y la corriente instantánea (I).

Cálculo promedio de energía

Se utiliza la potencia promedio en un ciclo.Esto se calcula utilizando los valores de RMS (cuadrado medio raíz) de voltaje y corriente.

Potencia compleja (s)

Expresado como s = v * i *.V e I son los valores RMS de voltaje y corriente, respectivamente.I* es el complejo conjugado de la corriente.

Componentes de potencia en circuitos de CA

Potencia activa (P): potencia que realmente funciona.

P = | S |cos φ = | i |^2 * r = | v |^2 / | z |^2 * r

Potencia reactiva (Q): potencia almacenada y liberada por elementos reactivos.

Q = | S |sin φ = | i |^2 * x = | v |^2 / | z |^2 * x

Potencia aparente (s): combinación de potencia activa y reactiva.

| S |= √ (P^2 + Q^2)

Ejemplo de CA

Calcule el voltaje y la corriente RMS

Suponga VRMS = 120 V e IRMS = 5 A en un circuito de CA.

Determinar el poder aparente

S = vrms * irms = 120 v * 5 a = 600 VA

Calcule la potencia activa y reactiva

Si el ángulo de fase (φ) es 30 °:

Potencia activa: p = s cos φ = 600 va * cos (30 °) = 600 VA * 0.866 = 519.6 W

Potencia reactiva: q = s sen φ = 600 va * sen (30 °) = 600 va * 0.5 = 300 var

Al romper cada paso y seguir estas instrucciones detalladas, puede calcular con precisión la potencia de CC y CA, asegurando que las mediciones eléctricas se realicen de manera correcta y segura.

¿Cómo aumentar el voltaje de CC?

En los sistemas de energía de corriente continua (CC), los convertidores DC-DC de alto voltaje, como los convertidores de impulso, a menudo se usan para aumentar el voltaje.Un convertidor de impulso es un tipo de convertidor de potencia DC-DC que almacena y libera energía cerrando y abriendo repetidamente un interruptor para aumentar el voltaje de entrada a un nivel superior.Este tipo de convertidor se usa ampliamente cuando se requiere una conversión de voltaje estable y eficiente a un nivel superior.

Figura 9: convertidor de impulso

La operación de un convertidor de impulso implica dos pasos principales:

Cierre del interruptor: Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje de entrada se aplica al inductor.Esto hace que el campo magnético dentro del inductor acumule energía.

Apertura del interruptor: Cuando el interruptor está abierto, la energía almacenada en el inductor se libera a la salida, lo que resulta en un voltaje de salida superior al voltaje de entrada.

Un convertidor de impulso generalmente incluye al menos dos interruptores semiconductores (como diodos y transistores) y un elemento de almacenamiento de energía (como un inductor o condensador).Este diseño garantiza la conversión de energía eficiente y el impulso de voltaje.

Los convertidores de impulso se pueden usar solos o en cascada para aumentar aún más el voltaje de salida.Este enfoque satisface las necesidades específicas de alto voltaje en aplicaciones como equipos industriales y vehículos eléctricos, lo que hace que el convertidor de impulso sea un componente clave en la conversión de voltaje de CC.Para minimizar las fluctuaciones de voltaje de salida y el ruido, los filtros se utilizan en convertidores de impulso.Estos filtros consisten en condensadores o una combinación de inductores y condensadores.Alise el voltaje de salida y reducen las perturbaciones de los cambios de voltaje, asegurando la estabilidad y mejorando el rendimiento general del sistema.Cuando use un convertidor de impulso, tenga en cuenta que el aumento del voltaje generalmente disminuye la corriente para mantener una potencia constante, debido a la ley de conservación de la energía.Comprender esto puede ayudar en el diseño y la aplicación adecuados de los convertidores de impulso.

En los sistemas de energía de corriente alterna (AC), los transformadores se utilizan para aumentar o bajar el voltaje.Los transformadores funcionan induciendo un voltaje en el devanado secundario a través del campo magnético cambiante creado por la corriente de CA.Sin embargo, dado que la corriente de CC es constante y no crea un campo magnético cambiante, los transformadores no pueden inducir un voltaje en un sistema de CC.Por lo tanto, en un sistema de alimentación de CC, se necesita un convertidor de impulso para aumentar el voltaje, mientras que un convertidor de dinero se usa para bajar el voltaje.

¿Cómo reducir el voltaje de CC?

En los sistemas de potencia de corriente continua (CC), la reducción del voltaje se realiza de manera diferente que en los sistemas de corriente alterna (CA) porque los transformadores no se pueden usar para la conversión de voltaje de CC.En cambio, los métodos como la "reducción de voltaje de la serie basada en la resistencia" y los "circuitos de divisor de voltaje" se usan comúnmente.A continuación, detallamos ambos métodos utilizando una batería de 12 voltios como fuente de alimentación de CC y una lámpara de halógeno de 6 voltios y 6 vatios como ejemplo.

Usando una resistencia de reducción de voltaje en serie

Figura 10: Diagrama de cableado de la resistencia de caída de voltaje de la serie

Una resistencia de reducción de voltaje en serie es un método simple y comúnmente utilizado para reducir el voltaje conectando una resistencia del valor apropiado en serie con el circuito.Esta resistencia está en serie con la carga, compartiendo parte del voltaje para que la carga obtenga el voltaje más bajo requerido.Aquí están los pasos específicos:

Determine la corriente total: Basado en la potencia y el voltaje de la carga, calcule la corriente total.Por ejemplo, para una lámpara de halógeno de 6V, 6W, la corriente I = P/V = 6W/6V = 1A

Calcule la resistencia de la serie: Para reducir 12 V a 6 V, la resistencia de la serie necesita soportar una caída de voltaje de 6 V.De acuerdo con la ley de Ohm R = V/I, la resistencia requerida R = 6V/1A = 6Ω

Elija la potencia de resistencia apropiada: La potencia que la resistencia necesita para resistir P = V × I = 6V × 1A = 6W, así que elija una resistencia con una potencia nominal de al menos 6 W.

Después de conectar esta resistencia de 6Ω en serie con la carga, la corriente en el circuito sigue siendo 1A, pero la resistencia compartirá el voltaje de 6 V para que la carga obtenga un voltaje de trabajo de 6 voltios.Aunque este método es simple, no es eficiente porque la resistencia consume energía.Es adecuado para circuitos simples con requisitos de baja potencia.

Circuito de divisor de voltaje

Un circuito de divisor de voltaje es un método más flexible para reducir el voltaje, utilizando dos resistencias para formar un divisor de voltaje y lograr la distribución de voltaje deseada.

Elija los valores de la resistencia: Seleccione dos resistencias de valor fijo (R1 y R2) para crear un divisor de voltaje.Para reducir 12V a 6V, elija R1 = R2, por lo que cada resistencia comparte la mitad del voltaje.

Conecte el circuito: Conecte las dos resistencias en serie.Aplique el suministro de 12 V en toda la serie y tome el voltaje del nodo medio como el voltaje de salida.Por ejemplo, si R1 y R2 son 6Ω, el nodo medio tendrá 6V.

Conecte la carga: Conecte la carga al nodo medio del circuito de divisor de voltaje y la tierra.La salida del circuito de división de voltaje es el voltaje de entrada de la carga.

Figura 11: Circuito de divisor de voltaje

Este método permite un ajuste de voltaje flexible a través del diseño del circuito de divisor de voltaje y es adecuado para varias aplicaciones.Asegúrese del impacto de la carga en la resistencia se considera para mantener el voltaje de salida estable.

¿Cómo reducir el consumo de energía del aire acondicionado?

Las altas facturas de aire acondicionado pueden ser preocupantes, pero hay formas efectivas de reducir el consumo de energía del aire acondicionado.Estos consejos no solo le ahorrarán dinero en su factura de electricidad, sino que también extenderán la vida útil de su aire acondicionado y mejorará su eficiencia.Aquí hay algunas sugerencias prácticas.

Figura 12: Consejos para reducir el consumo de energía del aire acondicionado

Apague su aire acondicionado cuando no esté en uso

Siempre apague su aire acondicionado cuando no lo necesite.Este simple paso puede ahorrar mucha electricidad.Incluso en modo de espera, los aires acondicionados usan algo de energía, por lo que apagarla por completo ayuda a evitar el consumo innecesario de energía.

Mantenga su aire acondicionado a una temperatura ideal

Establezca su aire acondicionado en un rango de temperatura cómodo y de eficiencia energética, como 78-82 ° F (26-28 ° C) en el verano.La configuración de temperatura más baja aumenta la carga de trabajo del aire acondicionado y el consumo de energía.

Mantenga regularmente su aire acondicionado

El mantenimiento regular es clave para garantizar que su aire acondicionado funcione de manera eficiente.Limpie los filtros, revise el condensador y el evaporador, y vuelva a relacionar el refrigerante según sea necesario.Estos pasos pueden mejorar el rendimiento de su aire acondicionado y reducir el consumo de energía.

Reemplace las unidades antiguas o defectuosas

Si nota que su consumo de energía ha aumentado significativamente a pesar del mantenimiento regular, puede ser hora de reemplazar su aire acondicionado.Los modelos más nuevos a menudo tienen una relación de eficiencia energética (EER) más alta, lo que puede reducir significativamente el consumo de energía.

Vender o actualizar su antiguo aire acondicionado

Considere vender o reemplazar su antiguo aire acondicionado con un nuevo modelo de eficiencia energética.Los aires acondicionados modernos utilizan tecnología avanzada más eficiente que puede reducir sus facturas de electricidad.

Utilizar equipos de enfriamiento auxiliar

Ejecutar un ventilador de techo al lado del aire acondicionado puede mejorar la circulación de aire y enfriar la habitación más rápido.Esto permite que el aire acondicionado funcione por un tiempo más corto, reduciendo así el consumo de energía.

Elija dispositivos IoT

Los dispositivos de Internet de las cosas (IoT) pueden ayudarlo a controlar de manera inteligente la configuración de conmutación y temperatura de su aire acondicionado.Estos dispositivos activan automáticamente el aire acondicionado de acuerdo con sus necesidades, evitando el desperdicio de energía.También se pueden controlar de forma remota a través de aplicaciones de teléfonos inteligentes.

Cerrar puertas y ventanas

Cuando el aire acondicionado está encendido, las puertas y las ventanas deben cerrarse para evitar que el aire frío escape, mantenga la temperatura interior estable, reduzca la carga del aire acondicionado y reduzca el consumo de energía.

Limpie el filtro de aire acondicionado regularmente

La limpieza del filtro de aire acondicionado tiene un gran impacto en la eficiencia del aire acondicionado.Limpiar o reemplazar regularmente el filtro puede garantizar una buena ventilación, reducir la carga del compresor y reducir el consumo de energía.

Evite la luz solar directa

Asegúrese de que el compresor de aire acondicionado esté colocado en un lugar fresco.La luz solar directa puede sobrecalentar el compresor, reducir la eficiencia del compresor y aumentar el consumo de energía.Instale una Sunshade sobre la unidad exterior o colóquela en un lugar fresco.

A través de estos métodos, puede reducir efectivamente el consumo de energía del aire acondicionado, ahorrar facturas de electricidad mensuales y aumentar la eficiencia y la vida útil del aire acondicionado.Estas medidas no solo ahorran energía, sino que también son amigables con el medio ambiente.

Ventajas y desventajas de la corriente continua

Figura 13: Características de la corriente continua

Ventajas de corriente continua

La corriente continua (DC) ofrece ventajas de eficiencia significativas.A diferencia de la corriente alterna (CA), los sistemas de CC evitan las pérdidas de energía debido a la potencia reactiva, el efecto de la piel y la caída de voltaje, y por lo tanto son generalmente más eficientes.Esta eficiencia es particularmente beneficiosa en aplicaciones que requieren una transmisión de energía eficiente.DC es el estándar para el almacenamiento de la batería, ideal para fuentes de energía renovable como la energía solar y eólica.Los paneles solares y las turbinas eólicas generan potencia de CC, que se almacena en baterías y luego se convierte en CA usando inversores para uso residencial o industrial.

Las fuentes de alimentación de CC proporcionan un voltaje o corriente estable y constante adecuado para delicados dispositivos electrónicos.Esta estabilidad minimiza las fluctuaciones de voltaje y el ruido eléctrico, lo que hace que DC sea indispensable en campos exigentes de alta potencia, como equipos médicos y de comunicaciones.DC sobresale en control y regulación.Permite el ajuste fino preciso de los niveles de voltaje y corriente, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren un control preciso, como vehículos eléctricos, motores eléctricos y sistemas de automatización industrial.

DC también es más seguro, con un menor riesgo de descarga eléctrica que AC.Con el aislamiento y la base adecuados, los sistemas de CC pueden proporcionar una mayor seguridad en las operaciones de bajo voltaje y son adecuados para entornos nacionales e industriales.

Desventajas de DC

Sin embargo, DC también tiene sus desventajas.Transmitir DC a largas distancias es ineficiente.Mientras que la tecnología DC de alto voltaje (HVDC) puede aliviar este problema, AC puede ajustar fácilmente su voltaje a través de transformadores, lo que lo hace más eficiente a largas distancias.Construir una infraestructura de distribución de CC es costosa y compleja.Los sistemas DC requieren convertidores electrónicos de energía, inversores y otros equipos especializados, aumentando los costos iniciales de inversión y mantenimiento.

La fuente de alimentación de CC es limitada.A diferencia de AC Power, que está fácilmente disponible en la red de servicios públicos, DC Power requiere una configuración específica, como baterías, paneles solares o generadores.Esta limitación ha limitado la adopción generalizada de DC en algunas áreas.La compatibilidad con el equipo existente es otro problema.La mayoría de los equipos y electrodomésticos eléctricos están diseñados para la energía de CA.La conversión de estos dispositivos a la potencia de CC requiere equipos de conversión o modificaciones adicionales, agregando complejidad y costo.

El mantenimiento de los sistemas DC es más desafiante.Los componentes electrónicos complejos, como los inversores y los convertidores, pueden requerir un mantenimiento más frecuente y una resolución compleja de problemas.Esto puede aumentar el costo operativo y la inversión en el tiempo del sistema.

Ventajas y desventajas de la corriente alterna

Una característica clave de la corriente alterna (AC) es que su voltaje o corriente cambia periódicamente con el tiempo, generalmente formando una onda sinusoidal.A diferencia de la corriente continua (DC), los circuitos de CA no tienen polos positivos y negativos fijos porque la dirección de la corriente cambia constantemente.La CA generalmente es producida por generadores a través de la inducción electromagnética.Además, el voltaje de suministro de CA se puede bajar fácilmente usando transformadores, facilitando la transmisión y distribución de potencia eficientes.

Figura 14: Características de la corriente alterna

Ventajas de los circuitos de CA

Los circuitos de CA tienen varias ventajas.Una ventaja importante es el uso de transformadores, que simplifica la regulación de voltaje.Los generadores pueden producir AC de alto voltaje y luego aumentar la transmisión a larga distancia, lo que mejora la eficiencia y reduce las pérdidas.El alto voltaje minimiza las pérdidas de transmisión.

Otra ventaja es que AC se puede convertir fácilmente a CC usando un rectificador, lo que permite que AC alimente una variedad de cargas de CC.AC puede manejar cargas monofásicas y trifásicas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones industriales y nacionales.El uso generalizado de los equipos de CA ha reducido los costos, lo que hace que los equipos de CA sean relativamente baratos, compactos y elegantes, promoviendo así la adopción global de sistemas de CA.

Desventajas de los circuitos de CA

A pesar de los muchos beneficios de AC, hay algunas desventajas.El CA no es adecuado para los circuitos de carga de la batería porque las baterías requieren un voltaje de CC constante.Tampoco es adecuado para la electroplatación y la tracción eléctrica porque estas industrias requieren una dirección y voltaje de corriente estable.

Un problema importante con la CA es el efecto de la piel, donde la corriente de CA tiende a fluir en la superficie del conductor, aumentando la resistencia efectiva y reduciendo la eficiencia de la transferencia de corriente.En los circuitos de CA, los valores de inductores y condensadores varían con frecuencia, lo que complica el diseño del circuito.El equipo de CA también tiende a tener una vida útil más corta debido a la vibración, el ruido y los efectos armónicos.Además, las gotas de voltaje en los circuitos de CA son más significativos, lo que resulta en una mala regulación de voltaje.Las consideraciones de diseño deben tener en cuenta el comportamiento dependiente de la frecuencia de las resistencias, inductores y condensadores, lo que se suma a la complejidad.

Aplicaciones de DC

Figura 15: Aplicación de la corriente continua

Electrónica: La corriente continua (DC) se usa en muchos dispositivos electrónicos, como computadoras, teléfonos inteligentes, televisores y radios.Los circuitos integrados y los componentes digitales en estos dispositivos requieren un suministro constante de potencia de CC para funcionar correctamente.Este voltaje y corriente constantes aseguran la confiabilidad y el rendimiento de los dispositivos.Además, muchos electrodomésticos, incluidos ventiladores eléctricos, sistemas de sonido y dispositivos de automatización del hogar, dependen de la energía de DC para operar.

Alimentando dispositivos pequeños: Muchos dispositivos portátiles están alimentados por baterías, que proporcionan energía de CC.Los ejemplos incluyen linternas, controles remotos y reproductores de música portátiles.Las baterías proporcionan un suministro constante de energía, lo que permite que estos dispositivos se usen en cualquier lugar sin la necesidad de una salida eléctrica.Esta conveniencia asegura que los dispositivos puedan funcionar de manera confiable incluso sin una toma de corriente.

Vehículos eléctricos: Los vehículos eléctricos (EV) dependen en gran medida de la energía de DC.Las baterías en los vehículos eléctricos almacenan energía DC, que luego se convierte en energía de accionamiento por el motor eléctrico.El sistema de carga a bordo convierte la alimentación de CA de la estación de carga en alimentación de CC para cargar la batería.Este sistema de potencia de CC eficiente y controlable mejora el rendimiento y el rango de los EV.

Sistemas de energía renovable: La potencia de DC se usa en sistemas de energía renovable.Los paneles y turbinas eólicas solares fotovoltaicos (PV) generan corriente continua (DC), que se convierte en corriente alterna (CA) por inversores para la integración de la red o aplicaciones fuera de la red.Esto mejora la eficiencia de conversión de energía y respalda el desarrollo de energía limpia.Por ejemplo, los inversores convierten a DC para proporcionar una potencia doméstica confiable.

Telecomunicaciones: Las redes de telecomunicaciones usan DC para garantizar la potencia de respaldo para la infraestructura crítica.Las torres celulares, los centros de datos y el equipo de comunicaciones a menudo están conectados a los sistemas de CC para mantener la energía durante los cortes de energía.Las baterías en estos sistemas almacenan potencia de CC, que proporcionan energía estable en emergencias y garantizan la operación continua de la red.

Transporte: DC se usa comúnmente en trenes eléctricos, tranvías y sistemas de metro.Los sistemas de tracción DC proporcionan una aceleración eficiente y controlable a través de motores DC, lo que los hace ideales para el transporte ferroviario.Esta aplicación mejora la eficiencia energética del transporte al tiempo que reduce los costos operativos y el impacto ambiental.

Electroplatación: En la electroplatación industrial, DC se utiliza para depositar recubrimientos de metales en sustratos.Al controlar el voltaje y la corriente, la velocidad de deposición de metal se puede ajustar con precisión para obtener resultados de electroplatación de alta calidad.La tecnología se usa ampliamente en la industria manufacturera, especialmente en las industrias automotriz, electrónica y de decoración.

Soldadura: DC se usa en la soldadura para crear una descarga eléctrica entre el electrodo de soldadura y la pieza de trabajo.El calor de la descarga derrite el metal, creando una fusión de los metales.Este método de soldadura es común en las industrias de construcción, fabricación y reparación y proporciona una conexión fuerte y duradera.

Investigación y prueba: Los laboratorios utilizan la potencia de CC para la investigación, las pruebas y la calibración.El equipo experimental requiere una fuente de energía estable y precisa, y DC puede satisfacer estas necesidades.Por ejemplo, el uso de CC para probar componentes electrónicos garantiza la precisión y confiabilidad de los resultados experimentales.

Aplicaciones médicas: DC se utiliza en dispositivos médicos como marcapasos, desfibriladores, herramientas de electrocauteras y algunos equipos de diagnóstico.Estos dispositivos dependen de DC para una operación precisa y controlada, asegurando que los pacientes reciban un tratamiento confiable y seguro.El uso de DC en equipos médicos no solo puede mejorar los resultados del tratamiento, sino también aumentar la estabilidad y la vida del equipo.

Al comprender estas aplicaciones, los usuarios pueden comprender la versatilidad y la importancia de DC en varios campos, asegurando un rendimiento efectivo y confiable en cada caso de uso.

Aplicaciones de AC

Figura 16: Aplicaciones de AC

Transporte y generación de energía industrial: La corriente alterna (AC) es esencial en los sistemas de energía modernos, especialmente para el transporte y la generación de energía industrial.Casi todos los hogares y negocios se basan en AC para sus necesidades diarias de energía.En contraste, la corriente continua (DC) tiene un rango más limitado de aplicaciones porque tiende a calentarse durante la transmisión a largas distancias, lo que aumenta los riesgos y costos de incendio.Además, es difícil que DC convierta un alto voltaje y baja corriente a bajo voltaje y alta corriente, mientras que el CA puede hacerlo fácilmente con un transformador.

Electrodomésticos: AC alimenta motores eléctricos, que convierten la energía eléctrica en energía mecánica.Los electrodomésticos como refrigeradores, lavavajillas, disposiciones de basura y hornos dependen de la CA para operar.Los motores en estos electrodomésticos usan CA para realizar varias funciones mecánicas.AC es la fuente de energía preferida para dispositivos domésticos debido a su confiabilidad y conveniencia.

Dispositivos con batería: Aunque el CA es dominante, DC es adecuado para dispositivos con batería.Estos dispositivos generalmente se cargan a través de un adaptador que convierte el CA a CC, como un adaptador de CA/CC que se conecta a un enchufe de pared o una conexión USB.Los ejemplos incluyen linternas, teléfonos móviles, televisores modernos (con adaptadores AC/DC) y vehículos eléctricos.Aunque estos dispositivos se ejecutan con potencia de CC, su fuente de energía generalmente es AC, con la conversión manejada por un adaptador.

Sistema de distribución: AC tiene ventajas significativas en el sistema de distribución.A través de los transformadores, AC se puede convertir fácilmente en diferentes voltajes para satisfacer varias necesidades de energía.Los transformadores dificultan lograr la misma función en los sistemas DC, por lo que AC es más flexible y eficiente en la distribución de energía.La transmisión de alto voltaje puede reducir efectivamente la pérdida de energía, lo que es especialmente importante para la transmisión de larga distancia.Suponiendo que el voltaje de la fuente de alimentación es de 250 voltios, la corriente es de 4 amperios, la resistencia del cable es de 1 ohm y la potencia de transmisión es de 1000 vatios, de acuerdo con la fórmula \ (p = i^2 \ veces r \), la pérdida de potenciaIS de 16 vatios, lo que muestra la ventaja de la transmisión de alto voltaje para reducir las pérdidas.

Figura 17: Sistema de distribución de potencia de CA

Diferencia entre el voltaje de CA y DC

La energía eléctrica viene en dos formas principales: corriente alterna (CA) y corriente continua (DC).Ambos se usan ampliamente en dispositivos eléctricos, pero difieren enormemente en sus usos, patrones de señal y otros aspectos.Lo siguiente detalla las principales diferencias entre AC y DC.

Figura 18: Voltaje de CA vs. DC

Definición y patrón de señal

El voltaje de CA impulsa un flujo oscilante de corriente entre dos puntos, con la dirección de la corriente que cambia periódicamente.En contraste, el voltaje de CC produce una corriente unidireccional entre dos puntos, con la dirección de la corriente que queda constante.El voltaje de CA y la corriente varían con el tiempo, generalmente formando una onda sinusoidal, onda cuadrada, onda trapezoidal o onda triangular.DC puede ser pulsante o puro, con una dirección constante y amplitud.

Frecuencia y eficiencia

La frecuencia de CA varía según la región, con 60 Hz común en América del Norte y 50 Hz en Europa y otras regiones.DC no tiene frecuencia, de hecho, su frecuencia es cero.La eficiencia de CA varía de 0 a 1, mientras que la eficiencia de CC es constante en 0. Esto hace que el CA sea potencialmente más eficiente que DC en algunas aplicaciones, especialmente para la transmisión de larga distancia.

Dirección actual y fluctuación

La dirección de la corriente de CA cambia constantemente, lo que hace que su voltaje y valores de corriente fluctúen con el tiempo.La dirección de corriente de CC sigue siendo consistente, y los valores de voltaje y corriente son estables.Esto hace que la CA sea adecuada para cargas dinámicas, mientras que DC es más adecuado para fuentes de energía estables.

Fuentes de energía y conversión

La CA generalmente es producida por los generadores y puede convertirse fácilmente en diferentes voltajes utilizando transformadores, lo que facilita la transmisión de potencia eficiente.DC generalmente proviene de baterías o baterías de almacenamiento.La conversión de DC a AC requiere un inversor, mientras que convertir CA a CC requiere un rectificador.

Tipos de adaptabilidad y carga

El CA puede manejar una variedad de cargas, incluida la capacitancia, la inductancia y la resistencia.DC es principalmente adecuado para cargas resistivas.Esta versatilidad hace que la CA sea ampliamente utilizada en equipos familiares e industriales, como lavavajillas, refrigeradores y tostadoras.DC es común en dispositivos y productos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles, televisores LCD y vehículos eléctricos.

Seguridad y aplicaciones

Tanto AC como DC son inherentemente peligrosos, pero DC es generalmente más peligroso debido a su dirección de corriente constante y una mayor densidad de corriente.El CA se usa principalmente en equipos familiares e industriales de alta potencia, mientras que DC prevalece en dispositivos portátiles y electrónicos con batería.

Transmisión y pérdidas de energía

La CA se puede transmitir de manera eficiente a los sistemas de corriente continua de alto voltaje (HVDC), minimizando las pérdidas en largas distancias.Aunque DC también se puede transmitir a través de los sistemas HVDC, su uso en la transmisión de energía es menos común.Los sistemas HVDC son altamente avanzados y particularmente adecuados para aplicaciones donde las pérdidas de voltaje deben reducirse.

Tipos de barrido y análisis

El análisis de frecuencia de AC se usa para calcular la respuesta de voltaje de señal pequeña de un circuito.La función de barrido de CC calcula el punto de operación de una fuente de alimentación especificada en un rango de valores de voltaje, generalmente en incrementos predefinidos.La función de barrido de CC es compatible con cualquier fuente de alimentación con un componente de CC variable, tiene tasas de barrido que varían de 100 milisegundos a 10,000 segundos y puede operar utilizando una forma de onda de rampa o triangular.

Figura 19: Diferencias entre AC y DC

Cómo convertir el voltaje de CA en voltaje de CC

La conversión de corriente alterna (CA) a corriente continua (DC) es esencial en la electrónica de potencia.Este proceso utiliza una variedad de técnicas y dispositivos, cada uno con características y aplicaciones específicas.Aquí hay tres formas comunes de convertir el voltaje de CA en voltaje de CC: rectificadores, convertidores rotativos y fuentes de alimentación del modo de interruptor (SMPS).

Figura 20: diagrama de circuito de fuente de alimentación de CA a CC

Rectificadores

Los rectificadores convierten AC a DC en una serie de pasos:

• Reducción de voltaje: El CA de alto voltaje es más eficiente para transmitir, pero el voltaje debe reducirse para su uso seguro.Un transformador de paso hacia abajo utiliza la relación de giro entre las bobinas primarias y secundarias para reducir el voltaje.La bobina primaria tiene más giros, convirtiendo el alto voltaje en un voltaje más bajo y utilizable.

• Conversión de CA a CC: Una vez que se ha reducido el voltaje, se usa un rectificador para convertir el CA a DC.Un rectificador de puente completo con cuatro diodos es común.Estos diodos se alternan entre los medios ciclos positivos y negativos de la CA para producir DC pulsante.Dos diodos conducen durante el medio ciclo positivo y los otros dos conducen durante el medio ciclo negativo, logrando una rectificación de onda completa.

• Forma de onda de CC mejorada: La forma de onda de CC rectificada inicial tiene pulsaciones y fluctuaciones.Los condensadores suavizan la forma de onda almacenando energía cuando el voltaje de entrada aumenta y la libera cuando el voltaje cae, lo que resulta en una salida de CC más suave.

• Voltaje de CC estabilizado: El circuito integrado del regulador de voltaje (IC) estabiliza el voltaje de CC a un valor constante.Los IC como el 7805 y el 7809 regulan la salida a 5V y 9V, respectivamente, proporcionando una fuente de alimentación estable.

Convertidor rotativo

Un convertidor rotativo es un dispositivo mecánico que convierte la potencia de CA en potencia de CC usando energía cinética e inducción electromagnética.

• Estructura y función: Consiste en una armadura giratoria y una bobina de excitación.La potencia de CA está rectificada por un conmutador integrado en el devanado del rotor para producir potencia de CC.

• Operación: La bobina energizada gira, excitan el devanado de campo fijo, produciendo una potencia de CC estable.También se puede usar como generador de CA debido a los anillos de deslizamiento de CA.

Fuente de alimentación de conmutación (SMPS)

Una fuente de alimentación de conmutación (SMPS) es un circuito electrónico altamente eficiente que convierte la alimentación de CA en alimentación de CC.

• Rectificación y filtrado: La potencia de CA se convierte primero en potencia de CC pulsante por un rectificador y luego se suaviza por un filtro.

• Conversión de alta frecuencia: La potencia de CC suavizada se procesa mediante elementos de conmutación de alta frecuencia (como MOSFET) y se convierte en potencia de CA de alta frecuencia.La modulación de ancho de pulso (PWM) controla el voltaje de salida y la corriente.

• Transformación y rectificación: La potencia de CA de alta frecuencia está regulada por un transformador y luego se convierte nuevamente en potencia de CC por un rectificador.

• Filtrado de salida: Finalmente, la potencia de CC pasa a través de un filtro de salida para suavizar aún más la forma de onda y proporcionar una fuente de alimentación de CC estable.

Los SMP se usan comúnmente en suministros de computadora, televisores y cargadores de batería debido a su eficiencia y flexibilidad.Siguiendo estos métodos, puede convertir de manera efectiva el voltaje de CA en voltaje de CC, asegurando una fuente de alimentación confiable para una variedad de dispositivos electrónicos.

Conclusión

DC y AC tienen ventajas y escenarios de aplicación únicos.DC se usa ampliamente en dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos y sistemas de energía renovable debido a su estabilidad y transmisión de energía eficiente;Mientras que AC es más común en hogares, industrias y transmisión de energía a larga distancia debido a su fácil conversión de voltaje y transmisión eficiente.En términos de medición y regulación, comprender los principios básicos y los procedimientos operativos de DC y AC pueden garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema de energía.A través del análisis en profundidad de este artículo, los lectores no solo pueden dominar el conocimiento básico de DC y AC, sino también aplicar este conocimiento en la práctica para mejorar su nivel técnico y eficiencia laboral.Espero que este artículo pueda proporcionar una valiosa referencia y orientación para técnicos y entusiastas de la ingeniería eléctrica.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Cómo se prueba AC vs DC?

Para probar si la corriente es AC o DC, puede usar un multímetro.Primero, ajuste el multímetro al modo de prueba de voltaje.Si no está seguro de qué tipo de fuente de energía está utilizando, se recomienda que lo pruebe primero en la posición de CA.Toque los bolígrafos de prueba rojo y negro a los dos extremos de la fuente de alimentación.Si el multímetro muestra un valor de voltaje, es AC;Si no hay respuesta, cambie a la posición de CC y pruebe nuevamente.Si muestra un valor de voltaje en este momento, es DC.Asegúrese de que el rango del multímetro sea apropiado cuando funcione para evitar daños al medidor.

2. ¿Cómo convertir DC en AC?

El dispositivo que generalmente se usa para convertir DC a AC se llama inversor.El inversor acepta la entrada de CC y cambia continuamente la dirección de la corriente a través del diseño del circuito interno (generalmente usando transistores o MOSFET como interruptores) para generar CA.Elegir el inversor derecho depende del voltaje y la frecuencia de salida, así como del tipo de carga que desea conducir.Por ejemplo, al elegir un inversor para un sistema solar doméstico, debe asegurarse de que su voltaje de salida y frecuencia coincidan con los electrodomésticos.

3. ¿Cómo saber si DC o AC?

Además de usar un multímetro, también puede emitir un juicio preliminar observando el tipo y el logotipo del dispositivo de carga.Por lo general, el voltaje y el tipo de entrada están marcados en los electrodomésticos.Si está marcado "DC", significa que se requiere DC.Además, si la fuente de alimentación es una batería o batería, casi siempre genera DC.Para fuentes de energía desconocidas, la forma más segura y efectiva es usar un multímetro para confirmar.

4. ¿Son las baterías AC o DC?

La batería sale de corriente continua (DC).Las baterías generan energía eléctrica a través de reacciones químicas, y el resultado es una corriente unidireccional estable, que es adecuada para dispositivos portátiles y dispositivos electrónicos que requieren un suministro de energía estable y continuo.

5. ¿Es la corriente AC más rápida que DC?

La respuesta a esta pregunta depende de la definición de "rápido".Si se refiere a la velocidad del flujo de corriente, de hecho, la velocidad a la que los electrones se mueven en un conductor (velocidad de deriva de electrones) es muy lenta, ya sea AC o DC.Pero si se consideran la eficiencia y la velocidad de la transmisión de potencia, el CA se puede transmitir fácilmente a alto voltaje a través de un transformador, reduciendo así la pérdida de energía, y es adecuado para la transmisión de potencia de larga distancia.Desde esta perspectiva, AC a menudo se considera "más rápido" en términos de transmisión de potencia y más adecuado para redes eléctricas a gran escala.DC también muestra ventajas en ciertas aplicaciones modernas (como centros de datos o a través de ciertos tipos de tecnología de transmisión de larga distancia), especialmente en términos de reducir las pérdidas de energía.