Corriente Alterna

La corriente alterna (ca) se comporta como su nombre lo indica. Los electrones del circuito se desplazan primero en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a posiciones relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje del generador o de otra fuente.

La popularidad de que goza la ca proviene del hecho de que la energía eléctrica en forma de ca se puede transmitir a grandes distancias por medio de fáciles elevaciones de voltaje que reducen las pérdidas de calor en los cables.

La aplicación principal de la corriente eléctrica, ya sea cd o ca, es la transmisión de energía en forma silenciosa, flexible y conveniente de un lugar a otro.

Historia A partir de los trabajos iniciales de físico Nikola Tesla, el también físico Guillermo Stanley, diseñó, en 1885, uno de los primeros dispositivos prácticos para transferir la CA eficientemente entre dos circuitos eléctricamente aislados. Su idea fue la de arrollar un par de bobinas en una base de hierro común, denominada bobina de inducción. De este modo obtuvo lo que sería el precursor del actual transformador. El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y pronto perfeccionado por George Westinghouse, Lucien Gaulard, Juan Gibbs y Oliver Shallenger entre los años a 1881 a 1889. Estos sistemas superaron las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), según se pusieron de manifiesto en el sistema inicial de distribución comercial de la electricidad, utilizado por Thomas Edison. La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891, cerca de Telluride, Colorado, a la que siguió algunos meses más tarde otra en Alemania. A pesar de las notorias ventajas de la CA frente a la CC, Thomas Edison siguió abogando fuertemente por el uso de la corriente continua, de la que poseía numerosas patentes (véase la guerra de las corrientes). Utilizando corriente alterna, Charles Proteus Steinmetz, de General Electric, pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la producción y transmisión eléctrica.

Corriente alterna vs. Continua

La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica dependen de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión). Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por causa del efecto Joule. Una vez en el punto de utilización o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.

Las matemáticas y la CA senoidal

Algunos tipos de ondas periódicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresión matemática, por lo que no se puede operar analíticamente con ellas. Por el contrario, la onda senoidal no tiene esta indeterminación matemática y presenta las siguientes ventajas: La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna. Las ondas periódicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos. Esto es una aplicación directa de las series de Fourier. Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energía eléctrica. Su transformación en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilización de transformadores. [editar] Onda senoidal

Figura 2: Parámetros característicos de una onda senoidal Una señal senoidal, a(t), tensión, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar matemáticamente según sus parámetros característicos (figura 2), como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación:

donde A0 es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico), ω la pulsación en radianes/segundo, t el tiempo en segundos, y β el ángulo de fase inicial en radianes. Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como:

donde f es la frecuencia en hertzios (Hz) y equivale a la inversa del período (f=1/T). Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz. [editar] Valores significativos

A continuación se indican otros valores significativos de una señal senoidal: Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado. Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es −1, una señal senoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2×A0. Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abcisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abcisas y negativa si está por debajo. Como en una señal senoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda senoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente:

Valor eficaz (A): Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:

En la literatura inglesa este valor se conoce como r.m.s. (root mean square, valor cuadrático medio). En la industria, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:

El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC), VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC. Para ilustrar prácticamente los conceptos anteriores, consideremos, por ejemplo, la corriente alterna en la red eléctrica doméstica en Europa: Cuando decimos que su valor es de 230 V CA, estamos diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V, lo que significa que tiene los mismos efectos caloríficos que una tensión de 230 V de CC. Su voltaje de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes reseñada:

Así, para nuestra red de 220 V CA, el voltaje de pico es de aproximadamente 311 V y de 622 V (el doble) el voltaje de pico a pico. Su frecuencia es de 50 Hz, lo que equivale a decir que cada ciclo de la onda senoidal tarda 20 ms en repetirse. El voltaje de pico positivo se alcanza a los 5 ms de pasar la onda por cero (0 V) en su incremento, y 10 ms después se alcanza el voltaje de pico negativo. Si se desea conocer, por ejemplo, el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento, se empleará la función senoidal:

[editar] Representación fasorial Una función senoidal puede ser representada por un vector giratorio (figura 3), al que se denomina fasor o vector de Fresnel, que tendrá las siguientes características: Girará con una velocidad angular ω. Su módulo será el valor máximo o el eficaz, según convenga.

Figura 3: Representación fasorial de una onda senoidal

La razón de utilizar la representación fasorial está en la simplificación que ello supone. Matemáticamente, un fasor puede ser definido fácilmente por un número complejo, por lo que puede emplearse la teoría de cálculo de estos números para el análisis de sistemas de corriente alterna. Consideremos, a modo de ejemplo, una tensión de CA cuyo valor instantáneo sea el siguiente:

Figura 4: Ejemplo de fasor tensión (E. P.: eje polar).

Tomando como módulo del fasor su valor eficaz, la representación gráfica de la anterior tensión será la que se puede observar en la figura 4, y se anotará:

denominadas formas polares, o bien:

denominada forma binómica. [editar] Corriente trifásica

Figura 5: Distintas fases de una corriente trifásica. La generación trifásica de energía eléctrica es la forma más común y la que provee un uso más eficiente de los conductores. La utilización de electricidad en forma trifásica es común mayoritariamente para uso en industrias donde muchas de las máquinas funcionan con motores para esta tensión. La corriente trifásica está formada por un conjunto de tres formas de onda, desfasadas una respecto a la otra 120 grados, según el diagrama que se muestra en la figura 5. Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes entre sí. El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto, denominado neutro, donde la suma de las tres corrientes es cero, con lo cual el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. El sistema trifásico es un tipo dentro de los sistemas polifásicos de generación eléctrica, aunque con mucho el más utilizado.

Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera

Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad se mantiene siempre fija.

La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos o hertz por segundo posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.

Veamos un ejemplo práctico que ayudará a comprender mejor el concepto de corriente alterna:

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundo.

En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt.

Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo o hertz por segundo (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos o hertz por segundo (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.

Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal.

En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas.

FORMAS DIFERENTES DE CORRIENTE ALTERNA

De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:

Rectangular o pulsante Triangular Diente de sierra Sinusoidal o senoidal

Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. © Onda diente de sierra. (D) Onda sinusoidal o senoidal.

De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal o senoidal.

Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferentes dispositivos eléctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformación.

La onda con la que se representa gráficamente la corriente sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a partir de la función matemática de seno.

En la siguiente figura se puede ver la representación gráfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:

De donde:

A = Amplitud de onda P = Pico o cresta N = Nodo o valor cero V = Valle o vientre T = Período

Amplitud de onda: máximo valor que toma una corriente eléctrica. Se llama también valor de pico o valor de cresta.

Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su máximo valor. Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor “0”. Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.

Período: tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de la siguiente fórmula

    T = 1 / F

Como ya se vio anteriormente, la frecuencia no es más que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y, matemáticamente, se representa de la manera siguiente:

MÚLTIPLOS DEL HERTZ Y VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

MULTIPLOS DE HERTZ (Hz)

Kilohertz (kHz) = 103 Hz = 1 000 Hz Megahertz (MHz) = 106 Hz = 1 000 000 Hz Gigahertz (GHz) = 109 Hz = 1 000 000 000 Hz

VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada con la corriente directa o continua, tenemos las siguientes:

Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de transformadores. Se transporta a grandes distancias con poca de pérdida de energía. Es posible convertirla en corriente directa con facilidad. Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica. Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente directa.

Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, el flujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento físico del conductor. Varios sistemas de generación de electricidad se basan en este principio, y producen una forma de corriente oscilante llamada corriente alterna. Esta corriente tiene una serie de características ventajosas en comparación con la corriente continua, y suele utilizarse como fuente de energía eléctrica tanto en aplicaciones industriales como en el hogar. La característica práctica más importante de la corriente alterna es que su voltaje puede cambiarse mediante un sencillo dispositivo electromagnético denominado transformador. Cuando una corriente alterna pasa por una bobina de alambre, el campo magnético alrededor de la bobina se intensifica, se anula, se vuelve a intensificar con sentido opuesto y se vuelve a anular. Si se sitúa otra bobina en el campo magnético de la primera bobina, sin estar directamente conectada a ella, el movimiento del campo magnético induce una corriente alterna en la segunda bobina. Si esta segunda bobina tiene un número de espiras mayor que la primera, la tensión inducida en ella será mayor que la tensión de la primera, ya que el campo actúa sobre un número mayor de conductores individuales. Al contrario, si el número de espiras de la segunda bobina es menor, la tensión será más baja que la de la primera. La acción de un transformador hace posible la transmisión rentable de energía eléctrica a lo largo de grandes distancias. Si se quieren suministrar 200.000 vatios de potencia a una línea eléctrica, puede hacerse con un voltaje de 200.000voltios y una corriente de 1 amperio o con un voltaje de 2.000 voltios y una corriente de 100 amperios, ya que la potencia es igual al producto de tensión y corriente. La potencia perdida en la línea por calentamiento es igual al cuadrado de la intensidad de la corriente multiplicado por la resistencia. Por ejemplo, si la resistencia de la línea es de 10 ohmios, la pérdida de potencia con 200.000 voltios será de 10 vatios, mientras que con 2.000 voltios será de100.000 vatios, o sea, la mitad de la potencia disponible. En un circuito de corriente alterna, el campo magnético en torno a una bobina varía constantemente, y la bobina obstaculiza continuamente el flujo de corriente en el circuito debido a la autoinducción. La relación entre el voltaje aplicado a una bobina ideal (es decir, sin resistencia) y la intensidad que fluye por dicha bobina es tal que la intensidad es nula cuando el voltaje es máximo, y es máxima cuando el voltaje es nulo. Además, el campo magnético variable induce una diferencia de potencial en la bobina de igual magnitud y sentido opuesto a la diferencia de potencial aplicada. En la práctica, las bobinas siempre presentan resistencia y capacidad además de autoinducción Sien un circuito de corriente alterna se coloca un capacitor la intensidad de corriente es proporcional al tamaño del condensador y a la velocidad de variación del voltaje en el mismo. Por tanto, por un capacitor cuya capacidad es de 2faradios pasará el doble de intensidad que por uno de 1 faradio. En un capacitor ideal, el voltaje está totalmente desfasado con la intensidad. Cuando el voltaje es máximo no fluye intensidad, porque la velocidad de cambio de voltaje es nula. La intensidad es máxima cuando el voltaje es nulo, porque en ese punto la velocidad de variación del voltaje es máxima. A través de un capacitor circula intensidad —aunque no existe una conexión eléctrica directa entre sus placas— porque el voltaje de una placa induce una carga opuesta en la otra. De los efectos indicados se deduce que si se aplica un voltaje alterno a una bobina o capacitor ideales, no se consume potencia. No obstante, en todos los casos prácticos los circuitos de corriente alterna presentan resistencia además de autoinducción y capacidad, y se consume potencia. Esta potencia consumida depende de la proporción relativa de las tres magnitudes en el circuito. Sise mueve el polo de un imán metiéndolo y sacándolo de una bobina con movimiento armónico simple, el corte de líneas magnéticas va a generar una fem. alterna. Cada electrón oscila en torno a una posición media.

	Si se tiene un generador simple en el que la fuerza electromotriz en la bobina gira con rapidez constante y cambia sinusoidamente con el tiempo, y lo conectamos con un pedazo de alambre que obra como una resistencia pura, esto es, su autoinducción y su capacidad son muy pequeños. El voltaje entre los extremos del alambre y la corriente que pasan por él varían. (Ver figura V1)

En el eje de las X está delimitado el tiempo (el tiempo es directamente proporcional al ángulo que ha girado la bobina del generador. Se debe tener en cuenta que el voltaje y la corriente estan en fase, llegan a sus máximos valores y a los valores nulos (0), que el voltaje máximo es de 170 voltios y la corriente máxima es de 2 amperios, y que el periodo de la corriente y del voltaje es de 1/60 seg. Y su frecuencia es de 60 ciclos.

	Se pueden escribir ecuaciones para la corriente i y el voltaje v en un tiempo cualquiera t.

I=Isen (2)/Tt = I sen 2f t v=Vsen (2)/Tt = V sen 2f t siendo I la amplitud de la corriente, V la amplitud del voltaje, T el perido de rotación del generador y f la frecuencia del generador. Cuando la corriente y el voltaje estan en fase, la corriente y el voltaje instantáneos estan relacionados por la ley de Ohm: I=v/R y I=V/R (solo Resistencia) Siendo R la resistencia del circuito. La corriente efectiva Ief y el voltaje efectivo Vef estan relacionados con la potencia del circuito. Estas magnitudes son cantidades que se miden con amperimetros y voltimetros de corriente alterna. Por ejemplo, Ief=0.707 I yVef=0.707 V Un ampere efectivo (en corriente alterna) es aquella corriente alterna que calienta un conductor con la misma rapidez que un ampere de corriente directa. Un ampere efectivo es la fuerza electromotriz alterna en un circuito tal, que la corriente efectiva es de un ampere cuando la resistencia del circuito es de un ohm.

Diferencia de potencial

También llamada tensión eléctrica, es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva unidad de un punto a otro en el interior de un campo eléctrico; en realidad se habla de diferencia de potencial entre ambos puntos (VA - VB).La unidad de diferencia de potencial es el voltio (V). Véase Electricidad. Un generador de corriente eléctrica permite mantener una diferencia de potencial constante y, en consecuencia, una corriente eléctrica permanente entre los extremos de un conductor. Sin embargo, para una determinada diferencia de potencial, los distintos conductores difieren entre sí en el valor de la intensidad de corriente obtenida, aunque el campo eléctrico sea el mismo.Existe una relación de proporcionalidad, dada por la ley de Ohm, entre la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor y la intensidad quelo recorre. La constante de proporcionalidad se denomina resistencia del conductor y su valor depende de su naturaleza, de sus dimensiones geométricas yde las condiciones físicas, especialmente de la temperatura. La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se mide con un voltímetro, instrumento que se coloca siempre en derivación entre los puntos del circuito cuya diferencia de potencial se quiere medir.

Resistencia

Propiedadde un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina —segúnla llamada ley de Ohm— cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega,W. En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R,que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia essiemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, mho. La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud por la superficie transversal del objeto, así como por la temperatura. A una temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal. Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura. El término resistencia también se emplea cuando se obstaculiza el flujo de un fluido o el flujo de calor. El rozamiento crea resistencia al flujo de fluido en una tubería, y el aislamiento proporciona una resistencia térmica que reduce el flujo de calor desde una temperatura más alta a una más baja.

Impedancia

La corriente alterna no siempre esta en fase con el voltaje interno del circuito. La figura I1 muestra un circuito en el que hay una resistencia A (una lámpara) jun inductor B, que tiene un núcleo de hierro.

Si el sistema se conecta a una fuente de corriente directa de 120 v., la corriente es de 0.5 amp. Aplicando la ley de Ohm., vemos que la resistencia es de 240 .Si conectamos el circuito a una fuente de corriente alterna de 120 voltios, con un voltaje efectivo de 120 v., la corriente será menor que antes y la lampara brillara con menos intensidad. La disminución de la corriente se debe a que al flujo de electricidad se le opone no solo la resistencia, sino también la fuerza electromotriz inducida en la bobina (debida a las variaciones de su propio campo magnetico) La relacion entre la diferencia de potencial efectiva entre los terminales de un circuito y corriente efectiva, es la impedancia, que se expresa en Ohms. Un Ohm es la impedancia de un circuito, en el cual hay una corriente de un ampere efectivo, cuando la diferencia de potencial alterna, entre los terminales del conductor, es de un volt efectivo. La corriente efectiva Ief en un circuito de impedancia Z esta dada por Ief=Vef/Z

La impedancia de un circuito depende de su resistencia y de la reactancia. La reactancia inductiva XL de un circuito depende de su auto induccion y de la frecuencia f de la corriente alterna. La reacción inductiva de un inductor que tiene auto induccion L esta dada por

Kl=2fL

Factor de potencia

Cuando la reactancia total de un circuito es cero, su retraso de fase es cero, y su impedancia es igual a sus resistencia. Al aumentar la reactancia inductiva,aumenta el retraso. Si la corriente y el voltaje de un circuito de corriente alterna están en fase, la potencia se calcula con la formula P=Vef. I ef Sino estan en fase el máximo voltaje y la corriente ocurren en momentos diferentes en cada ciclo. La potencia no esta dada por el producto del voltaje y la corriente, sino por P=Vef. Ief . cos (es el Angulo de retraso de fase o retraso) La relación entre la potencia “verdadera” dada por la ecuación previa, y la potencia aparente Vef Ief se llama factor de potencia. Factor de potencia = Potencia verdadera = cos = R

	    	              Potencia aparente                   Z

Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de equipos suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las líneas de transmisión. Suelen incluir dispositivos diseñados para regular la tensión que se proporciona a los usuarios y corregir el factor de potencia del sistema. En muchas zonas del mundo las instalaciones están conectadas formando una red que permite que la electricidad generada en un área se comparta con otras sonase estas redes son operados por grupos diversos pero aumentan el riesgo de un apagón generalizado, ya que si un pequeño cortocircuito se produce en una zona, por sobrecarga en las zonas cercanas puede transmitirse en cadena a todo el país.Muchos hospitales y edificios públicos tienen sus propios generadores para eliminar el riesgo de apagones. Las largas líneas de transmisión presentan inductancia, capacitancia y resistencia al paso de la corriente eléctrica. El efecto de la inductancia y de la capacitancia de la línea es la variación de la tensión si varía la corriente, por lo que la tensión suministrada varía con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos para regular esta variación no deseada. La regulación de la tensión se consigue con reguladores de la inducción y motores sincronizo de tres fases. Ya que la inductancia y la capacitancia tienden a anularse entre sí, cuando la carga del circuito tiene mayor reactancia inductiva que la potencia suministrada para una tensión y corriente determinadas es menor que si las dos son iguales. Como las pérdidas en las líneas de transmisión son proporcionales a la intensidad de corriente, se aumenta la capacitancia para que el factor de potencia tenga un valor lo más cercano posible a 1. Por esta razón se suelen instalar grandes condensadores en los sistemas de transmisión de electricidad.

Transformadores

Un transformador logra cambiar fácilmente el voltaje de la corriente alterna. Un transformador es simple, no tiene partes mecánicas que se muevan y puede ser muy eficiente. El transformador consta de un núcleo de hierro por el cual van enrolladas bobinas separadas. Cuando conectamos una de las bobinas a una batería, se crean líneas magnéticas que van por el núcleo de hierro hacia la otra bobina. El cambio de flujo magnético inducirá una fem en la segunda bobina, la que durará sólo el tiempo que esté cambiando el campo. Si abrimos el circuito, desaparece el campo. Se inducirá entonces una fuerza contraelectromotriz. Si conectamos la primera bobina a una fuente de corriente alterna, la corriente que pasa por la bobina se invertirá repetidas veces, dependiendo de la frecuencia de la corriente alterna; las líneas magnéticas serán obligadas a pasar por la segunda bobina repetidas veces repetidas veces. En las bobinas se producirá unafem. ¿Pero de qué magnitud en cada una? Según la cantidad de vueltas de las dos bobinas se determinará que tipo de transformador es el que tenemos entre nuestras manos. Un transformador donde las bobinas de salida tienen más vueltas que las bobinas de entrada, se llama transformador elevador. Un transformador donde las bobinas de salida tienen menos vueltas, se llama transformador reductor. Según el principio de inducción electromagnética, las fuerzas electromotrices de las dos bobinas son:

E1= - N1(/t)1

E2= - N2(/t)2

Si el núcleo de hierro está bien diseñado todas las líneas magnéticas producidas por el primario pasarán por el secundario. Por consiguiente (/t)1será igual que (/t)2.Dividiendo miembro a miembro las dos ecuaciones anteriores tenemos:

E1= N1 E2 N2

Un transformador no puede crear corriente; por consiguiente, la potencia de la salida no puede ser mayor que la potencia de entrada. Si un transformador aumenta el voltaje, la corriente debe disminuir en la misma relación.

(I1)ef= N2 (I2)ef N1

Transformadores de potencia

Son grandes dispositivos usados en los sistemas de generación y transporte de electricidad y en pequeñas unidades electrónica. Los transformadores de potencia industriales y domésticos, pueden ser monofásicos o trifásicos y están diseñados para trabajar con voltajes y corrientes elevados. Para que el transporte de energía resulte rentable es necesario que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes, reduciendo con ello la intensidad. Para la transmisión de energía eléctrica a larga distancia se utilizan voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas. En el extremo receptor los transformadores reductores reducen el voltaje, aumentándola intensidad, y adaptan la corriente a los nivele. Los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación. Las tasas de eficacia se encuentran normalmente por encima del 99% y se obtienen utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos inducidos entre las bobinas primaria y secundaria. Una disipación de tan sólo un 0,5% de la potencia de un gran transformador genera enormes cantidades de calor, lo que hace necesario el uso de dispositivos de refrigeración. Los transformadores de potencia convencionales se instalan en contenedores sellados que disponen de un circuito de refrigeración que contiene. El aceite circula por el transformador y disipa el calor mediante radiadores exteriores.

Electrónica

En el campo de la electrónica se suelen utilizar con más frecuencia transformadores con capacidades de alrededor de 1 kilovatio antes de los rectificadores, que a su vez proporcionan corriente continua (CC) al equipo.Estos transformadores electrónicos de energía se fabrican normalmente con bloques de láminas de aleación de acero, llamadas laminaciones, alrededor de las cuales se instalan las bobinas de hilo de cobre. Los transformadores a niveles de entre 1 y 100 vatios se usan principalmente como transformadores reductores, para acoplar circuitos electrónicos a los altavoces de equipos de radio, televisión y alta fidelidad. Conocidos como transformadores de audio, estos dispositivos utilizan sólo una pequeña fracción de su potencia nominal para la producción de señales en las frecuencias audibles, con un nivel de distorsión mínimo. Los transformadores se valoran según su capacidad de reproducción de frecuencias de ondas audibles (entre 20 Hz y 25 KHz) con distorsiones mínimas a lo largo de todo el espectro de sonido. A niveles de potencia por debajo de un milivatio, los transformadores se utilizan sobre todo para acoplar frecuencias extremadamente elevadas (UHF), frecuencias muy altas (VHF), frecuencias de radio (RF) y frecuencias intermedias (IF), así como para aumentar su voltaje. Estos transformadores de alta frecuencia operan por lo general en circuitos en los que se utiliza la sintonización para eliminar ruidos eléctricos no deseados cuyas frecuencias se encuentran fuera del rango de transmisión deseado.