Física Básica
Historia
La corriente alterna es una forma de energía eléctrica que utiliza corriente alterna para proporcionar electricidad comercial. Uno de los primeros libros prácticos diseñados por William Stanley Jr. introdujo la corriente alterna. Su diseño fue un precursor del transformador moderno, llamado bobina de inducción. De 1881 a 1889, este sistema fue concebido por Nikola Tesla, George Westinghouse, Lucien Goulard, John Gibbs y Oliver Schallenger. Basados en los descubrimientos de Thomas Edison utilizados por primera vez en la distribución de electricidad comercial, estos sistemas superan las limitaciones impuestas por el uso de corriente continua.
La primera transmisión de corriente alterna a larga distancia se produjo en 1891 cerca de Telluride, Colorado, y unos meses después en Alemania. Thomas Edison defendió firmemente el uso de corriente continua (CC) y tenía muchas patentes para la tecnología, pero finalmente la CA entró en uso general (ver Tidal Wars). Steinmetz General Electric ha resuelto muchos de los problemas de generación y transmisión de electricidad con corriente alterna.
Distribución y energía doméstica
A diferencia de la CC, la energía CA se puede aumentar o reducir a otro voltaje a través de un transformador. En corriente alterna, un voltaje más alto significa una transferencia de energía más eficiente. El aumento de la eficiencia se atribuye a la ley de Ohm, que establece que la pérdida de potencia depende del flujo de corriente en un comando. La pérdida de potencia en el comando se atribuye al flujo de potencia y se describe mediante la convención P = I 2 * R, lo que significa que si el flujo de potencia se duplica, la pérdida de potencia será cuatro veces mayor y así sucesivamente.
Mediante el uso de transformadores, el voltaje de la electricidad se transmite y se puede "escalar" a un voltaje relativamente más alto. La rampa es beneficiosa para la transmisión de larga distancia porque la rampa significa baja corriente y, por lo tanto, bajas pérdidas de potencia. Una vez que la energía llega a su destino, otros transformadores pueden cambiar su voltaje antes de salir de esta etapa, lo cual es seguro para el suministro de energía doméstica.
La electrónica trifásica es muy común y es una forma más eficiente de utilizar los generadores comerciales. La energía eléctrica se enrolla en un campo magnético mediante componentes giratorios y los costes de capital son elevados en los generadores grandes. Sin embargo, es relativamente sencillo y eficaz incluir 3 rodillos diferentes en un único eje (en lugar de uno). Los rodillos están situados en el eje del generador pero están completamente separados, formando un ángulo de 120 grados entre sí. Es causado por formas de onda de señal de corriente que están a 120 grados una de otra, pero igualmente grandes.
La distribución de energía trifásica se usa ampliamente en lugares industriales y la distribución de energía monofásica se usa ampliamente en entornos domésticos. Un transformador de tres etapas generalmente puede constar de varios circuitos, proporcionando otra etapa a un lado diferente del circuito de suministro.
Los sistemas de tres etapas están diseñados para que estén equilibrados en carga, y si la carga está equilibrada correctamente, las mareas no fluirán en una vista neutral. Y el peor de los casos, en el que el flujo de potencia del neutro no supera el flujo de potencia de fase máximo, está cargado fuera de equilibrio (lineal). Para sistemas de voltaje bajo (normal) de tres niveles A y 4 conductores, generalmente se usa 1/3 para reducir los requisitos de cable y usar un neutro separado para cada nivel. Al pasar a la siguiente etapa de 3, que normalmente utiliza un transformador con un primario delta y un secundario satélite, no se requiere un neutro en el lado de suministro.
Para clientes más pequeños (las pequeñas instalaciones varían según el país y la edad), las instalaciones más grandes solo utilizan monofásico y neutro para las 3 fases, con neutro para la placa principal. Elija entre una placa base trifásica; un circuito trifásico puede tener un cable (y en algunos casos, un cable bifásico (que no debe confundirse con bifásico)) y un cable neutro.
Los sistemas de puesta en escena (centros monofásicos desarrollados en base a dos calientes de 180 grados, fuera del escenario) son útiles en situaciones donde sólo una o dos etapas de alto voltaje están disponibles y solo más de lo que es posible a voltaje normal. Fácilmente suministrado como piezas monofásicas. Este tipo de sistema es común en casi todos los hogares de América del Norte y es normal conectar equipos eléctricos más grandes en puntos de acceso.
Los terceros cables (que siempre deben estar ahí, pero hay muchos más antiguos, incompatibles o no instalados en el tercer mundo) se suelen conectar entre los correspondientes electrodomésticos de la casa y el interruptor eléctrico general o entre el fusible cajas. El tercer conductor se llama conductor de tierra en el Reino Unido y en la mayoría de los demás países de habla inglesa, pero en los EE. UU. es el conductor de tierra. Qué sucedió exactamente antes de que cambiara el conductor de tierra en la placa base, pero hay tres posibilidades principales según sus designaciones europeas TT (la tierra del cliente enumerada aquí no está conectada al neutro básico) Tn S (desde la perspectiva de la estrella del transformador Parece que el neutro y la tierra se gestionan por separado) Tn C S (el neutro y la tierra se añaden a la compuerta de entrada). Los cables de neutro y tierra se agregan mediante la instalación del Tnc, pero este método es menos común y requiere procedimientos especiales para garantizar la seguridad.
El sistema debe diseñarse de modo que algún tipo de fusible o disyuntor pueda usarse como sistema de seguridad en cualquier lugar de la Tierra en un corto período de tiempo. La alta impedancia de tierra de los sistemas TT significa que se debe utilizar un disyuntor de corriente residual (RCD). En otros sistemas de puesta a tierra, esto puede incluirse en el sistema normal de protección contra sobrecorriente. Los RCD todavía se pueden utilizar porque pueden contrarrestar las deficiencias de la pequeña Tierra, por ejemplo a través de sistemas humanos como este.
Frecuencias de CA por país
La mayoría de los países del mundo estandarizan sus sistemas de suministro de electricidad a una de dos frecuencias: 50 Hz o 60 Hz. Los países de 60 Hz, la mayoría de los cuales están disponibles en el Nuevo Mundo, son más cortos, pero eso no significa que 60 Hz sea menos común. Los países de 60 Hz incluyen: Samoa Americana, Antigua y Barbuda, Aruba, Bahamas, Belice, Bermuda, Canadá, Islas Caimán, Colombia, Costa Rica, Cuba, República Dominicana, El Salvador, Polinesia Francesa, Guam, Guatemala, Guyana, Haití, Honduras. , Corea del Sur, Liberia, Islas Marshall, México, Rossiya, Montserrat, Nicaragua, Islas Marianas del Norte, Palau, Panamá, Perú, Filipinas, Puerto Rico, St. Kitts y Nevis, Surinam, Provincia de Taiwán, Trinidad y Tobago, Islas Turcas y Caicos Islas, Estados Unidos, Venezuela, Islas Vírgenes (Estados Unidos), Wake
Los siguientes países tienen suministro eléctrico de 50 Hz Mixto y 60 Hz: Bahrein, Brasil (principalmente 60 Hz) y Japón (las regiones occidentales usan 60 Hz). Hz).
La mayoría de los países eligen sus estándares de televisión para cubrir la escasez de frecuencias. El estándar NTSC fue desarrollado y opera a 60 Hz, mientras que PAL y SECAM fueron diseñados a 50 Hz, pero no existe una versión de PAL de 60 Hz, es decir, en Palm Brasil, están disponibles PAL y NTSC de alta resolución, y tiene bajo parpadeo. .
En general, se acepta que Nikola Tesla eligió 60 Hz como la frecuencia más baja que no causaría parpadeos visibles en el alumbrado público. El origen de la frecuencia de 50 Hz utilizada en otras partes del mundo es objeto de debate, pero parece ser un medidor estándar universal de alrededor de 60 Hz en una configuración 1 2 5 10.
Otras frecuencias son las utilizadas habitualmente en la industria durante la primera mitad del siglo XX y que todavía se utilizan hoy en día en circunstancias especiales. La energía de 25 Hz, muchas de las cuales se forman en las Cataratas del Niágara, se utiliza en Ontario y América del Norte. Es posible que las Cataratas del Niágara todavía tengan alrededor de generadores de 25 Hz en línea. Los diseños de motores de menor velocidad con relajación de frecuencia más baja pueden construirse y transmitirse de manera más eficiente, pero la causa es un parpadeo notable en los artefactos de iluminación.
Las aplicaciones marinas y marinas a veces utilizan 400 Hz para obtener diversas ventajas técnicas.
La fuente de alimentación de 16,67 Hz todavía se utiliza en algunos sistemas ferroviarios europeos, como en Suecia.
Cabe señalar que los aparatos alimentados por CA pueden emitir el típico zumbido que utiliza frecuencias de CA.
Matemáticas del voltaje CA
La corriente alterna a menudo se asocia con el voltaje CA. El voltaje CA v se puede describir matemáticamente como una función del tiempo mediante la siguiente ecuación:
nv(t) = A □sin(t), n
donde
a es la altura en voltios (y el voltaje máximo),
la frecuencia angular está en rad/segundo y
t es el tiempo en segundos.
Debido a que la frecuencia angular es más útil para los matemáticos que para los ingenieros, esto a menudo se reescribe como:
nv(t) = A □sin(2 ft),n
Donde
f es la frecuencia en Hertz.
El valor pico a pico de una tensión CA se define como la diferencia entre sus valores pico positivos y negativos. Debido a que el valor máximo de sin(x) es +1 y el valor mínimo es -1, el voltaje de CA oscila entre +A y -A. El voltaje pico a pico se escribe como V página, por lo que (+A)-. (-A) = 2□A.
La amplitud del voltaje de CA se puede expresar mediante el valor cuadrático medio (rms) y la unidad es Vrms. Para tensión sinusoidal:
nV rms = 2n
Vrms ayuda a calcular la potencia consumida por la carga. Si el voltaje V CC proporciona cierta fuerza P a una carga determinada, entonces el voltaje V CA rms proporcionará la misma fuerza promedio P a la misma carga si Vrms = V CC. Debido a este hecho, rms es un método común para medir voltaje en sistemas (de potencia) simples.
Para ilustrar estos conceptos, considere el breve uso de 240 V CA en el Reino Unido (vale la pena señalar que el voltaje oficial en el Reino Unido ahora es 230 V +10 % -6 %, pero en realidad el voltaje es aún más cerca de 240 V en muchos casos en lugar de 230 V). Se llama así porque su valor rms (al menos nominalmente) es de 240 V, lo que significa que tiene el mismo efecto térmico (altura) que 240 V CC. Podemos modificar la ecuación anterior:
nA = V rms $ Por lo tanto 240 V □ √2 = 339 V (aproximadamente). El valor pico a pico corto de 240 V CA es mucho mayor: 2 □ 240 V □ √2 = 679 V (aproximadamente).
Los países europeos (incluido el Reino Unido) ahora están oficialmente unificados para proporcionar 50 Hz a 230 V. V suministra, pero hacen que la banda de tolerancia sea muy amplia, +10%.
De hecho, algunos países estipulan estándares más estrictos que este, como el 230 V +10% del Reino Unido, que es -6% del estándar anterior. El suministro está actualizado y no es necesario modificarlo.
Conexiones externas
"AC/DC: ¿Cuál es la diferencia?". Luz, Estados Unidos experimentó el milagro de Edison. (Corporación de Radiodifusión Pública)
"CA y CC: en el alternador". Luz, Estados Unidos experimentó el milagro de Edison. (PBS)
Tony R. Kufalt, "Lecciones de circuito: Capacidad II-AC". 8 de marzo de 2003. (Licencia científica de diseño)
Church Nave, C.R., "Conceptos de circuitos de CA". Metafísica.
"Corriente Alterna (CA)". Enciclopedia de inspección de partículas magnéticas y pruebas no destructivas.
Servicio de control de programas en modo "Comunicación".
Hiob y Eric, "Aplicación de trigonometría y factores infecciosos a corrientes alternas". Instituto de Tecnología de Columbia Británica 2004.
"Introducción a la Corriente Alterna y Transformadores". Publicado conjuntamente.
"Manual de Referencia de Energía Eólica Parte 4: Electricidad". Asociación Danesa de la Industria Eólica 2003.
Chen Keelin, "Procesamiento de corriente alterna con herramientas". JC Física 2002.
"Medición->Servicio de control del programa Modo CA.
Williams, "Botella central" itinerante, "Comprensión de la corriente alterna, algunos conceptos de energía".
>Tensión, frecuencia, sistemas de transmisión de televisión, mesas de transmisión de radio, noticias de países.