¿Cómo convertir de CA a CC?

La electricidad es una rama de la física que se ocupa de las propiedades y el movimiento de las partículas cargadas eléctricamente. Cuando las partículas cargadas se encuentran en la superficie de un material, se le llama Electricidad Estática. El movimiento de cargas eléctricas crea campos magnéticos, mientras que los cambios en los campos magnéticos pueden crear electricidad. La electricidad fluye de mayor potencial a menor potencial. La electricidad y el magnetismo están interrelacionados entre sí. Por lo tanto, el estudio de los campos eléctricos y los campos magnéticos juntos se conoce como electromagnetismo.

Corriente alterna (CA)

La corriente alterna (CA) es el flujo de carga eléctrica que se invierte periódicamente. Comienza, digamos, desde cero, crece hasta un máximo, disminuye hasta cero, se invierte, alcanza un máximo en la dirección opuesta, vuelve nuevamente al valor original y repite este ciclo indefinidamente. El intervalo de tiempo entre el logro de un valor definido en dos ciclos sucesivos se denomina período, el número de ciclos o períodos por segundo es la frecuencia y el valor máximo en cualquier dirección es la amplitud de la corriente alterna.

Corriente continua (CC)

La corriente continua (CC) es el flujo unidireccional de carga eléctrica. Una celda electroquímica es un excelente ejemplo de energía de CC. La corriente continua puede fluir a través de un conductor, como un cable, pero también puede fluir a través de semiconductores, aislantes o incluso a través del vacío, como en los haces de electrones o iones. La corriente eléctrica fluye en una dirección constante.

Circuito CA y CC

En el circuito de CC, se proporciona suministro de CC para que fluya una cantidad constante de corriente cada vez que, en el circuito de CA, se proporciona suministro de CA para que la polaridad cambie en cada momento. El circuito de CA tiene dos ciclos, un ciclo positivo y un ciclo negativo. Cada segundo, la polaridad cambia muchas veces según la frecuencia de suministro dada en hercios.

Representación de CA

Una corriente alterna sinusoidal se puede representar mediante la ecuación i = I sen ωt, donde i es la corriente en el instante t e I la corriente máxima. De manera similar, podemos escribir para un voltaje alterno sinusoidal,

v = V sen ωt

Donde v es el voltaje en el tiempo t y V es el voltaje máximo.

Donde, ω = 2πƒ

f = frecuencia

t = período de tiempo

Necesidad de conversión de AC a DC

Ahora, como hemos visto, las corrientes de CA y CC. Cabe señalar que, dependiendo de los dispositivos, se proporciona un tipo diferente de suministro. El suministro que llega a los hogares en India es un suministro de CA de 220 V. Pero nuestros cargadores móviles, adaptadores y varios otros dispositivos funcionan con suministro de CC. Por lo tanto, debe haber métodos para interconvertir estos suministros, de modo que podamos usar el suministro necesario cuando lo necesitemos.

Conversión de CA a CC

• Rectificadores

La rectificación es el proceso de conversión de suministro de CA a suministro de CC. Los rectificadores son dispositivos que convierten el suministro de CA en suministro de CC. Básicamente, esta conversión se puede dividir en cuatro subpasos:

Reducir el voltaje

Generalmente, hay un suministro de CA de alto voltaje, ya que es fácil de transferir con pérdidas mínimas. Sin embargo, nuestros dispositivos necesitan un suministro de bajo voltaje, así que use un transformador reductor para este propósito. En los transformadores reductores, la bobina primaria tiene un mayor número de bucles en comparación con la bobina secundaria.

Conversión de CA a CC

Después de reducir el voltaje, la CA se convierte en CC mediante rectificadores. Se puede usar un puente rectificador completo para convertir CA a CC. En este dispositivo, se utilizan 4 diodos que funcionan con polarización directa y no inversa. Durante el semiciclo positivo se accionan dos de los diodos y durante el semiciclo negativo se accionan otros dos diodos. De esta manera, el suministro de CA se rectifica al suministro de CC. La imagen de abajo es de un circuito rectificador de puente completo utilizado para convertir CA a CC.

Purificación de formas de onda de CC

Las formas de onda de CC generadas en el paso anterior no tienen formas de onda de CC puras. Se presenta en forma de legumbres y tiene un suministro fluctuante. Los condensadores son dispositivos que se utilizan para realizar esta tarea. El capacitor se usa para almacenar energía cuando el voltaje de entrada aumenta de cero al valor más alto. La energía del condensador se puede descargar cuando el voltaje de entrada se reduce a cero. Esto endereza las formas de onda en buena medida.

Reparar el voltaje de CC

Finalmente, el voltaje de CC se convierte al valor deseado fijo mediante el regulador de voltaje IC. Los reguladores de voltaje de CC IC consisten en un circuito integrado que finalmente convierte nuestro suministro de CC a un voltaje dado. Por ejemplo, para convertir a un suministro de CC de 5 V, usamos el regulador de voltaje IC 7805. Y para convertir a un suministro de CC de 9 V, usamos un IC regulador de voltaje 7809.

• Convertidor rotatorio

Un convertidor rotativo es básicamente un rectificador mecánico, inversor o convertidor de frecuencia. Convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) usando energía mecánica. El convertidor rotatorio consta de dos máquinas conectadas con una sola armadura rotatoria y un conjunto de bobinas de campo. Tiene un generador de CC (dínamo) con un juego de anillos deslizantes espaciados uniformemente conectados a los devanados del rotor. La corriente alterna se rectifica mediante un conmutador, en el que se extrae corriente continua del rotor. Las bobinas energizadas giran y excitan los devanados de campo estacionarios, esto produce corriente continua. El convertidor rotativo actúa como una dínamo híbrida y un rectificador mecánico. También actúa como alternador debido a los anillos deslizantes de CA.

• Fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS)

Una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS) es un circuito electrónico que consta de dispositivos de conmutación como MOSFET que se encienden y apagan a altas frecuencias (en kHz) y componentes de almacenamiento como inductores o condensadores que se utilizan para suministrar energía cuando el dispositivo de conmutación está en su estado de no conducción. Estos dispositivos se conectan mediante un circuito complejo y se utilizan para convertir CA en CC.

Aplicaciones de los convertidores de CA a CC

• Se utilizan en aspiradoras, lavadoras, frigoríficos.
• Los electrodomésticos como computadoras, televisores, cargadores de teléfonos celulares, etc. funcionan con CC. Por lo tanto, los convertidores de CA a CC juegan un papel muy importante en estos dispositivos.
• También se utilizan en equipos médicos, automatización de fábricas y sistemas de control de procesos.
• Las otras aplicaciones de los convertidores de CA a CC se encuentran en la gestión de energías renovables, equipos de prueba y medición, sistemas aeroespaciales y de transporte.

Problemas de muestra

Problema 1: una bobina de 200 mH está conectada a un circuito de CA con una corriente de 5 mA. Si la frecuencia es de 2000 Hz, averigüe el voltaje.

Solución: 

Dado: L = 200 × 10 ^-3 H

= 5 × 10 ^-3 A

f = 2000 Hz

Sabemos que la reactancia inductiva, X _L = L × ω = L × 2πƒ

= 2 × 3,14 × 2000 × 0,2

= 2512 ohmios

V = _IXL 

= 0,005 × 2512

= 12,56 voltios

Entonces, el voltaje es de 12.56 V.

Problema 2: Encuentre el valor instantáneo del voltaje alterno v = 5 sin(2π ×10 ⁴ t) volt en:

1. 0 
2. 20 μs 
3. 40 μs.

Solución:

En t = 0 s,

v = 5 sin(0) = 0 V

En t = 20 μs,

v = 5 sin(2π ×10 ⁴ × 20 × 10 ^-6 ) 

= 5 pecado( 40π × 10 ^-2 )

= 5 sen(1.25)

= 5 × 0,94

= 4,74 voltios

En t = 40 μs,

v = 5 sin(2π ×10 ⁴ × 40 × 10 ^-6 )

= 5 pecado( 80π × 10 ^-2 )

= 5 pecado(2.5)

= 5 × 0,59

= 3 voltios

Entonces, el valor instantáneo de voltaje alterno a 0 s, 20 μs, 40 μs es 0V, 4.74V, 3V respectivamente.

Problema 3: La corriente a través de una bobina inductiva está dada por 0.7 sen (300t – 40°) A. Escriba la ecuación para el voltaje si la inductancia es 60 mH.

Solución:

L = 60 × 10 ^-3 H, i = 0,7 sen (300t – 40°) A

X _L = ωL = 300 × 60 × 10 ^-3 = 18 Ω

V _metro = yo _metro XL = 0,7 × 18 = 12,6 V

En un circuito inductivo, el voltaje se adelanta 90° a la corriente. Por lo tanto,

v = V _m sen ( ωt + 90°)

v = 12,6 sen(300t −40 + 90°)

v = 12,6 sen(300t +50º) V

Entonces, la ecuación para el voltaje es v = 12.6 sin(300t +50°).

Problema 4: si la ecuación para una corriente alterna está dada por i = 45 sen 314t. Luego encuentre el valor máximo, la frecuencia, el período de tiempo y el valor instantáneo en t = 1 ms.

Solución:

i = 45 sen 314t; t = 1 ms = 1 × 10 ^-3 s

Comparando con la ecuación general de una corriente alterna, i = I _m sen ωt.

• Valor pico, I _m = 45 A
• Frecuencia, f = ω/2π = 314 / 2 × 3,14 = 50 Hz
• Periodo de tiempo, T = 1/f = 150 = 0,02 s

En t = 2ms,

Valor instantáneo,

yo = 45sen(3.14 × 1 × 10 ⁻³ )

yo = 0,14 A

Problema 5: si el voltaje de CC del suministro es de 5 V y la corriente es de 2,5 A. Luego encuentre la resistencia en el circuito.

Solución:

R = V/I

= 5/2,5

= 2 ohmios.

Entonces, la resistencia en el circuito es de 2 ohmios.

Problema 6: Escriba la ecuación para un voltaje sinusoidal de 30 Hz y su valor pico es 50V. Además, encuentre tiempo para un ciclo.

Solución:

f = 30 Hz, V _m = 50 V

v = V _m senωt

= V _m sen2πft

= 50 sin(2π × 30)t

= 50 pecado(60 × 3,14)t

v = 50 sen188t 

T = 1 / f 

= 1 / 30

= 0.033 seg

= 33 ms.

Entonces, la ecuación es v = 50 sen188t y el tiempo para un ciclo 33 ms.