Corriente alterna: la corriente alterna, denominada normalmente ac, es la que se obtiene de una máquina rotatoria llamada alternador o generador de ac. La teoría de esta máquina se basa también en el principio de la inducción electromagnética y se describe en las secciones siguientes. Del orden del 90 por 100 de la energía eléctrica se genera como corriente alterna, y de aquí que la mayoría de los sistemas de energía sean de este tipo. Las características de los circuitos de ac difieren en algunos aspectos de 1as de los sistemas de dc. Una corriente alterna es aquella que continuamente y a intervalos regulares cambia en magnitud y alterna en sentido o polaridad.

Voltaje de los sistemas de CA; el transformador: El voltaje que generan los alternadores de las grandes plantas de energía modernas es mayor que el voltaje suministrado a las casas; no es raro que sea del orden de 16,600 V. este voltaje tan alto aumenta el rendimiento para las compañías de energía, pero es necesaria su reducción antes de conectarlo a las casas. El uso extensivo de los sistemas de ac se debe principalmente al la facilidad de subir o bajar el voltaje con un transformador. El funcionamiento de este aparato se basa también en el principio de la inducción electromagnética.
 

Inducción Electromagnética

Descubrimiento de Faraday: El funcionamiento de aparatos de energía eléctrica tales como el generador de dc, el alternador y el transformador se basan en el principio de la inducción electromagnética. El descubrimiento de este principio se debe a Michael Faraday, quien, en 1831, encontró que,  cuando un conductor que formaba parte de un circuito cerrado se movía a través de un campo magnético, circulaba por él una corriente.

El descubrimiento de Faraday se puede comprobar moviendo un conductor a través del campo de un fuerte electroimán como lo muestra la figura 2.1. Si el conductor C se mueve hacia arriba a través del campo magnético, el movimiento dará lugar a que se induzca un voltaje en el conductor, y el galvanómetro G acusará la presencia del voltaje inducido.

Este voltaje inducido se denomina fem inducida. Si se mantiene quieto el conductor en el campo magnético, el galvanómetro indicará un voltaje pero en sentido opuesto a cuando se movía hacia arriba. Si se mueve el conductor hacia los lados, esto es, paralelamente al campo de N a S, el galvanómetro indicará cero, mostrando que no se induce ningún voltaje. Al cambiar la polaridad del imán, esto es, al intercambiar la situación de los polos N y S,  también se cambia el sentido de la indicación del galvanómetro.
 

Figura 2.1 Comprobación del descubrimiento de faraday
 

El principio de la inducción electromagnética se puede resumir como sigue: siempre que haya un movimiento entre un conductor y un campo magnético, se inducirá una fem en el conductor; puede permanecer el campo magnético estacionario y el conductor moverse a través de  él o bien permanecer el conductor estacionario y ser el campo magnético el que se mueva.
 

Características de la corriente alterna.

Grados eléctricos: en la figura 2.2 se muestra el voltaje de CA comenzando en cero voltios, aumentando en sentido positivo hasta un valor máximo a los 90°, después bajando a cero a los 180°, donde cambia de polaridad, o alterna; volviendo después a aumentar hasta su valor máximo negativo a los 270° y bajando otra vez a cero a los 360°. Desde este punto continúa indefinidamente repitiendo este ciclo.
Los grados mencionados se llaman grados eléctricos.
 

Figura 2.2 Fem inducida en un conductor de un generador de CA simple.
 

Alternancia: Se emplea el término de alternancia para definir un periodo de 180 grados eléctricos.

Ciclo: Es el espacio de un conjunto completo de valores, esto es, todos los valores positivos y negativos. El ciclo corresponde a 360 grados eléctricos y también a dos alternancias.

Frecuencia: Es el número de veces que se presenta un ciclo en un segundo y se expresa en ciclos por segundo.

La frecuencia de un alternador depende de su velocidad de rotación y del número de polos. Expresada matemáticamente es
 

f = (P X S) / 120

 f = frecuencia, cps
P = número de polos del alternador
S = velocidad del alternador, r.p.m.

Periodo :  Es el tiempo que necesita el voltaje (o la corriente) para completar un ciclo y se expresa matemáticamente como
 

t = 1 / f

t = tiempo necesario para completar un ciclo, seg
f = número de ciclos por  segundo

Frecuencia empleada en los sistemas de suministro de energía. La frecuencia de los sistemas de energía es baja, siendo la más común 50 ciclos, aunque también se emplean 25, 30, 40 y 60. La más popular es la de 50 porque da buenos resultados tanto cuando se usa para iluminación como para maquinaria. Pueden construirse alternadores para producir frecuencias de 500 ciclos y en algunos casos especiales se han construido para una frecuencia de 20,000 ciclos.

Frecuencias empleadas en los sistemas de comunicaciones. En radio, televisión, telemetría, etc.,  se usan frecuencias mayores, tales como cientos de millares de ciclos, millones de ciclos hasta cientos de millones de ciclos. Estas frecuencias elevadas se consiguen gracias a los sistemas generadores (osciladores) que emplean válvulas de vacío o transistores.
 
 

Características de la intensidad y el voltaje

Valores instantáneos. Cuando se produce una fem al girar una bobina a velocidad constante en un campo magnético uniforme se puede encontrar el valor del voltaje en cada instante por la ecuación

Onda sinusoidal. Si se obtiene un gran número de valores empleando la ecuación anterior, se sitúan en un gráfico y se dibuja una curva; ésta se denomina onda sinusoidal. Un voltaje que corresponde a esta forma se llama voltaje sinusoidal.

Valor máximo. Es el valor mayor que se alcanza en un ciclo. Este valor es importante en algunas partes del estudio de voltajes e intensidades alternos, pero no se usa como valor de definición. Se designa como Emax e Imax.

Valor medio. El valor medio de un ciclo completo es cero, porque las áreas positivas y negativas bajo la curva son iguales entre sí. El valor medio, sin embargo, se refiere generalmente a solo medio ciclo. Este valor se puede determinar encontrando un gran número de valores instantáneos igualmente espaciados desde 0 a 180° (o desde 0 a 90°), obteniendo su suma y dividiéndola por el número de valores empleados. Expresado matemáticamente,
 

                e1 + e2 + e3 + en
Emed = ----------------------------
                              n

                      621.5
Media = ----------------- = 62.15
                        10

Valor medio obtenido al tomar intervalos de 10°.

El valor eficaz. El valor instantáneo de la onda sinusoidal que se elige para representar el amperio en CA se denomina valor eficaz, ya que debe ser de tal magnitud que produzca el mismo efecto calorífico que 1 A en corriente continua.
 

El valor eficaz de una onda sinusoidal es, por tanto, la raíz cuadrado de la media de los cuadrados instantáneos. También se puede hallar el valor eficaz usando matemáticas más elevadas (cálculo) que muestran que el valor eficaz de una onda sinusoidal es siempre igual a su valor máximo dividido por raiz de 2. Este valor es el comúnmente aceptado y se expresa:
 
 

Esto puede simplificarse de la siguiente manera:
 

I = 0.707  Imax

El valor eficaz se llama a veces valor medio cuadrático porque se halla obteniendo la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de un gran número de valores instantáneos.
 

Voltamperios, factor de potencia, potencia

Relación de fase entre el voltaje y la intensidad: debido a que los voltajes y las intensidades en alterna están continuamente variando de una forma sinusoidal es posible que en un circuito las ondas de voltaje e intensidad vayan o no a la par, o sea estén o no en fase. El que el voltaje y la intensidad de un circuito estén o no estén en fase de del tipo de elementos que forman su carga.
 

Voltiamperios: en los circuitos de CD, en los que la intensidad y el voltaje tienen valor constante, el producto de los voltios por los amperios es la potencia en vatios cuando ambos estén en fase. Cuando no están en fase, el producto de los voltios por los amperios será mayor que los vatios consumidos por el circuito. Por esta razón, al producto de los voltios por los amperios se le llama voltamperios del circuito. También llama frecuentemente a este producto potencia aparente del circuito.
 

Voltamperios = voltios x amperios
 

Factor de potencia:  la razón entre los vatios consumidos realmente por el circuito y los voltamperios del circuito se llama factor de potencia, así
 

                                         Potencia real
Factor de potencia =    --------------------------
                                        Potencia aparente

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