Què és un circuit AC?

Fundaments dels circuits CA

Un circuit CA es defineix com un circuit alimentat per una font d'energia alternativa. La corrent alternada (CA) s'utilitza ampliament en aplicacions domèstiques i industrials degut a les seves característiques úniques: a diferència de la CC, tant la magnitud com la direcció de la corrent i el voltatge en un circuit CA varien periòdicament amb el temps.

Les ones de CA solen seguir un patró sinusoidal, completant un cicle amb meitat positiva i meitat negativa iguals. Aquest comportament es descriu matemàticament com una funció del temps (t) o de l'angle (θ = ωt), on ω representa la freqüència angular.

Impedància en circuits CA vs. CC

• En els circuits CC, la oposició a la corrent prové només de la resistència (R).

• En els circuits CA, la oposició prové de:

• Resistència (R)

• Reactivitat inductiva (XL = 2πfL), on L és la inductància i f és la freqüència

• Reactivitat capacitiva (XC = 1/(2πfC)), on C és la capacitància

Relacions de fase en sistemes CA

En els circuits CA, la corrent i el voltatge estan caracteritzats tant per la magnitud com pel angle de fase. La seva alineació de fase depèn dels paràmetres del circuit (R, L, C). Les quantitats sinusoidals com el voltatge i la corrent varien amb el sinus de l'angle θ, fent-les fonamentals per a l'anàlisi dels sistemes CA.

Avantatges de les ones sinusoidals en la generació d'energia

El voltatge i la corrent sinusoidals són preferits globalment per a la generació d'energia degut a:

• Reducció de pèrdues de ferro i cobre en transformadors i màquines rotatives, millorant l'eficiència.

• Minimització de la interferència amb sistemes de comunicació adjacents.

• Nivells més baixos de pertorbació en circuits elèctrics.

Dinàmica de voltatge i corrent alternat

Ona de voltatge alternat i corrent resistiva

La ona de voltatge alternat a lo llarg del temps i la corrent que flueix a través de la resistència (R) en el circuit es mostren a continuació:

Tipus de circuits CA i terminologia clau
Classificacions dels circuits CA

Els circuits CA es categoritzen basant-se en les configuracions dels seus components:

• Circuits de pura resistència (R)

• Circuits de pura capacitància (C)

• Circuits de pura inductància (L)

• Combinacions RL (resistència-inductància)

• Circuits RC (resistència-capacitància)

• Circuits LC (inductància-capacitància)

• Circuits RLC (resistència-inductància-capacitància)

Termes essencials dels circuits CA

• Amplitud: El valor màxim positiu o negatiu d'una quantitat alternant dins d'un cicle, també conegut com a valor de pic o valor màxim. Simbolitzat per Em/Vm per al voltatge i Im per a la corrent.

• Alternació: Una meitat de cicle d'una ona alternant, equivalent a 180° elèctrics.

• Cicle: Un conjunt complet de valors positius i negatius d'una quantitat alternant, equivalent a 360° elèctrics.

• Valor instantani: La magnitud del voltatge o la corrent en qualsevol moment específic, denotat per e (voltatge) o i (corrent).

• Freqüència (f): El nombre de cicles per segon d'una quantitat alternant, mesurat en hercios (Hz).

• Període temporal (T): La durada en segons per completar un cicle d'una ona de voltatge o corrent.

• Forma d'ona: Una representació gràfica que traça els valors instantanis d'una quantitat alternant (voltatge/corrent) a l'eix y contra el temps (t) o l'angle (θ = ωt) a l'eix x.

Un voltatge alternant canvia periòdicament la polaritat i la magnitud, mentre que la corrent alternant segueix així—canviant la direcció i l'amplitud amb el temps. Quan una font de voltatge CA es connecta a una càrrega resistiva (com es mostra a continuació), la corrent flueix en una direcció durant la meitat de cicle positiu i es reverteix durant la meitat de cicle negatiu, reflectint els canvis de polaritat de la font.