CORRIENTE ALTERNA Y

CORRIENTE CONTINUA

2.0. GENERACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA. TENSIÓN Y FRECUENCIA

La obtención de energía eléctrica conlleva diversos métodos. La transformación de otros tipos de energía en energía eléctrica es el método más usual. Entre los procedimientos utilizados podemos destacar los químicos, mecánicos, térmicos, nucleares, eólicos, solares, etc. Pero, para comenzar con uno de ellos, hablaremos del más extendido y, a la vez, más sencillo: la generación de corriente de tipo alterna a partir de una conversión mecánico-eléctrica.

Este es el caso de las centrales de generación situadas en grandes presas. La fuerza procedente de la liberación del agua se utiliza para mover enormes turbinas que, a su vez, accionan potentes generadores de energía eléctrica. En la ilustración podemos ver una muestra simplificada de lo que constituye un generador de corriente alterna. Para facilitar su entendimiento, debemos imaginar un motor eléctrico trabajando en modo reversible, esto es, a un motor eléctrico se le suministra energía eléctrica y este genera, mediante su giro, energía de tipo mecánico. Si partimos de la hipótesis de que dicho motor pudiera funcionar en modo inverso, esto es, reversible, suministraríamos al mismo una cierta cantidad de energía mecánica (girando su eje de algún modo) y nos entregaría en sus bornes una tensión determinada (energía eléctrica). Aproximadamente, esto es lo que ocurre en los generadores de las centrales eléctricas. Se toma una cantidad ingente de energía almacenada (agua en el caso de una presa) y se conduce de forma que accione ciertas turbinas que son solidarias al eje de los generadores eléctricos. Nos creemos ya que en la salida de dichos generadores se obtiene la energía eléctrica buscada pero )cómo operan estos generadores internamente?

En la ilustración podemos ver una espira de hilo situada en el centro de un campo magnético (representado por los imanes etiquetados como N y S) la cual se supone que es la representación simplificada de un buen número de espiras (al conjunto de todas las que tiene un motor o un generador se le denomina bobinado). Tenemos que explicar ahora lo que sucede en la espira de hilo al hacer girar esta dentro de un campo magnético. El campo magnético que atraviesa la espira móvil de hilo conductor origina que en los extremos de la misma se produzca una diferencia de potencial (o tensión eléctrica).

Como quiera que los extremos de dicha espira se conectan a un par de anillos circulares que se sitúan sobre el eje del generador, tendremos entre ambos un voltaje determinado. La forma en que conseguimos acceder a dicha tensión es conectando un par de hilos conductores a los anillos de salida. Para ello tendremos que utilizar algún método de conexión a los mismos y que sea también conductor. Estamos hablando de las escobillas, que son conductoras y, mediante cierta presión mecánica, aseguran la perfecta unión entre los anillos de salida circulares y los cables que transportan la electricidad de salida.

En el caso de los generadores reales la espira es un bobinado (más o menos complejo) conectado a un par de escobillas (o a un sistema de ellas) y su salida suele ser de una tensión bastante elevada.

Hay un punto que no puede pasarnos desapercibido en el proceso ideal descrito y este es el carácter VARIABLE del campo magnético inducido. Como parece lógico, la tensión presente en los extremos de la espira (o del bobinado), situada en el interior del citado campo, no es siempre de igual magnitud, ya que esta dependerá de la superficie de la espira que sea atravesada por el citado campo magnético. De aquí podemos deducir ya que la tensión en bornes del bobinado del generador no es de naturaleza estable sino que sufre variaciones alternas (varía su polaridad si tenemos en cuenta el nivel de señal correspondiente al valor cero) directamente proporcionales lapso de tiempo a la velocidad que se mueva (gire) la espira dentro del campo magnético. De ahí que este tipo de corriente se denomine corriente alterna.

Si estuviéramos en presencia de una tensión de carácter continuo el valor presente de tensión sería estable, mientras que en el caso de la tensión obtenida del generador descrito obtenemos una tensión variable en el tiempo.

En un eje de coordenadas de la tensión de tipo continua no ofrece ninguna dificultad: se trata de una línea continua paralela al eje de abscisas (línea de coordenada horizontal). Pero, cuando se trata de la tensión alterna, la cosa cambia. En una de las ilustraciones adjuntas podemos ver formas de onda (tipos) de señales. Dichas señales podrían representar sin problema a representaciones gráficas de tensiones dadas. La señal etiquetada como tipo (b) responde a una forma de onda sinusoidal. La representación de una tensión alterna responde exactamente a este tipo de gráfica. Como podemos ver, la tensión vale cero en un instante dado (ninguna línea de campo magnético atraviesa la espira) hasta tomar un valor máximo (el punto en que la espira es atravesada por el mayor número posible de líneas magnéticas). Entre estos dos valores existe una variación del valor real de tensión que se corresponde con las diferentes posiciones intermedias de la espira.

Una vez que la espira ha pasado de estar en posición vertical a posición horizontal (valor de tensión máxima) la espira continúa con su giro; pero esta vez, y debido a la simetría de la construcción del generador, se pasa a valores decrecientes de tensión, hasta llegar a valer cero de nuevo.

Debido al sentido de circulación, tanto del campo eléctrico como del magnético, en la espira estudiada, al seguir esta girando (habíamos llegado a los 180 grados de rotación) se origina una tensión creciente pero de sentido (o polaridad) inverso a la anterior.

La suma de señales de los continuos giros de la espira originan la señal de tensión alterna descrita.

Ha llegado el momento de explicar una nueva unidad electrónica ya que, además, a la idoneidad del momento se une la necesidad de hacerlo; se trata del Hertzio, (Hz). Para definir esta unidad, sólo tenemos que fijarnos en que las variaciones del valor de tensión cambian a un ritmo constante. Cada cierto periodo de tiempo se origina una repetición de la señal. De aquí podemos deducir que estamos en presencia de una señal cuya variación se da cada cierto PERIODO de tiempo o, lo que es igual, que la señal de tensión varía con una FRECUENCIA dada.

Al número de veces que la señal se repite durante un segundo se le asocia la magnitud Frecuencia. La tensión de red, esto es, la que hay en nuestros hogares, varía a una frecuencia de 50 veces por segundo. A la unidad de medida de la frecuencia se le denomina Hertzio o, para abreviar, Hz.

Existe una relación lineal entre la frecuencia de una señal eléctrica y el periodo de la misma. Si observamos en la ilustración podemos ver que el periodo (representado por la letra T) se mide en el sentido de evolución de la variación de la citada señal, de donde se deduce que el periodo se mide en unidades de tiempo. La misma figura nos ilustra la relación existente entre frecuencia y periodo: una es la inversa de la otra o, dicho de otro modo.

El tiempo transcurrido entre el comienzo y final de una señal variable se le denomina periodo y, como es lógico, al transcurrido en la mitad de dicha señal, semiperíodo.

La tensión de red de la mayoría de los hogares europeos tiene una frecuencia de 50 Hz, esto es, se repite periódicamente en forma sinusoidal 50 veces por segundo y su periodo es, por lo tanto, de 1/50 segundos.