¿Qué es un circuito AC?

Fundamentos de Circuitos AC

Un circuito AC se define como un circuito alimentado por una fuente de energía alterna. La corriente alterna (AC) se utiliza ampliamente en aplicaciones domésticas e industriales debido a sus características únicas: a diferencia de la corriente directa (DC), tanto la magnitud como la dirección de la corriente y el voltaje en un circuito AC varían periódicamente con el tiempo.

Las formas de onda AC suelen seguir un patrón sinusoidal, completando un ciclo con mitades positivas y negativas iguales. Este comportamiento se describe matemáticamente como una función del tiempo (t) o del ángulo (θ = ωt), donde ω representa la frecuencia angular.

Impedancia en Circuitos AC vs. DC

• En los circuitos DC, la oposición a la corriente proviene únicamente de la resistencia (R).

• En los circuitos AC, la oposición proviene de:

• Resistencia (R)

• Reactancia inductiva (XL = 2πfL), donde L es la inductancia y f es la frecuencia

• Reactancia capacitiva (XC = 1/(2πfC)), donde C es la capacitancia

Relaciones de Fase en Sistemas AC

En los circuitos AC, la corriente y el voltaje se caracterizan tanto por su magnitud como por su ángulo de fase. Su alineación de fase depende de los parámetros del circuito (R, L, C). Las cantidades sinusoidales, como el voltaje y la corriente, varían con el seno del ángulo θ, lo que las hace fundamentales para el análisis de sistemas AC.

Ventajas de las Formas de Onda Sinusoidales en la Generación de Energía

El voltaje y la corriente sinusoidales son preferidos globalmente para la generación de energía debido a:

• Reducción de pérdidas de hierro y cobre en transformadores y máquinas rotativas, mejorando la eficiencia.

• Minimización de la interferencia con sistemas de comunicación adyacentes.

• Niveles más bajos de perturbación en circuitos eléctricos.

Dinámica de Voltaje y Corriente Alterna

Forma de Onda de Voltaje Alterno y Corriente Resistiva

La forma de onda del voltaje alterno a lo largo del tiempo y la corriente que fluye a través de la resistencia (R) en el circuito se muestran a continuación:

Tipos de Circuitos AC y Terminología Clave
Clasificaciones de Circuitos AC

Los circuitos AC se categorizan según sus configuraciones de componentes:

• Circuitos de pura resistencia (R)

• Circuitos de pura capacitancia (C)

• Circuitos de pura inductancia (L)

• Combinaciones RL (resistencia-inductancia)

• Circuitos RC (resistencia-capacitancia)

• Circuitos LC (inductancia-capacitancia)

• Circuitos RLC (resistencia-inductancia-capacitancia)

Términos Esenciales de Circuitos AC

• Amplitud:El valor máximo positivo o negativo de una cantidad alterna dentro de un ciclo, también conocido como valor pico o valor máximo. Simbolizado por Em/Vm para el voltaje y Im para la corriente.

• Alternación:Una media onda de una forma de onda alterna, correspondiente a 180° eléctricos.

• Ciclo:Un conjunto completo de valores positivos y negativos de una cantidad alterna, equivalente a 360° eléctricos.

• Valor Instantáneo:La magnitud del voltaje o la corriente en cualquier momento específico, denotado por e (voltaje) o i (corriente).

• Frecuencia (f): El número de ciclos por segundo de una cantidad alterna, medida en hercios (Hz).

• Período de Tiempo (T):La duración en segundos para completar un ciclo de una forma de onda de voltaje o corriente.

• Forma de Onda:Una representación gráfica que traza los valores instantáneos de una cantidad alterna (voltaje/corriente) en el eje y contra el tiempo (t) o el ángulo (θ = ωt) en el eje x.

Un voltaje alterno invierte periódicamente su polaridad y magnitud, mientras que la corriente alterna sigue el mismo patrón, cambiando de dirección y amplitud con el tiempo. Cuando una fuente de voltaje AC se conecta a una carga resistiva (como se muestra a continuación), la corriente fluye en una dirección durante la media onda positiva y se invierte durante la media onda negativa, reflejando los cambios de polaridad de la fuente.