La corriente alterna ( CA ) es una corriente eléctrica que invierte periódicamente la dirección, en contraste con la corriente continua ( CC ) que fluye solo en una dirección. La corriente alterna es la forma en que la energía eléctrica se entrega a las empresas y residencias, y es la forma de energía eléctrica que los consumidores suelen utilizar cuando conectan aparatos de cocina, televisores, ventiladores y lámparas eléctricas a una toma de pared . Una fuente común de alimentación de CC es una celda de batería en una linterna . Las abreviaturas AC y DC.a menudo se utilizan para significar simplemente alternar y dirigir , como cuando modifican la corriente o el voltaje . [1] [2]
La forma de onda habitual de la corriente alterna en la mayoría de los circuitos de energía eléctrica es una onda sinusoidal , cuyo semestre positivo se corresponde con la dirección positiva de la corriente y viceversa. En ciertas aplicaciones, se utilizan diferentes formas de onda, como las ondas triangulares o cuadradas . Lasseñales de audio y radio transportadas en cables eléctricos también son ejemplos de corriente alterna. Estos tipos de corriente alterna transportan información como el sonido (audio) o las imágenes (video) a veces transmitidas por la modulación de una señal portadora de CA. Estas corrientes normalmente se alternan en frecuencias más altas que las utilizadas en la transmisión de potencia.
Transmisión, distribución y suministro de la vivienda [ editar ]
La energía eléctrica se distribuye como corriente alterna porque el voltaje de CA se puede aumentar o disminuir con un transformador . Esto permite que la energía se transmita a través de líneas eléctricas de manera eficiente a alto voltaje, lo que reduce la energía perdida como calor debido a la resistencia del cable, y se transforma a un voltaje de uso más bajo y más seguro. El uso de un voltaje más alto conduce a una transmisión de potencia significativamente más eficiente. Las pérdidas de potencia () en el cable son un producto del cuadrado de la corriente (I) y la resistencia (R) del cable, descrita por la fórmula: Pw (Pérdidas de potencia) = I ^ 2 * R. Esto significa que cuando se transmite una potencia fija en un cable determinado, si la corriente se reduce a la mitad (es decir, el voltaje se duplica), la pérdida de potencia debida a la resistencia del cable se reducirá a un cuarto.
La potencia transmitida es igual al producto de la corriente y el voltaje (suponiendo que no hay diferencia de fase); es decir,
En consecuencia, la potencia transmitida a un voltaje más alto requiere menos corriente que produzca pérdidas que la misma potencia a un voltaje más bajo. La potencia a menudo se transmite a cientos de kilovoltios y se transforma a 100 V - 240 V para uso doméstico.
Los altos voltajes tienen desventajas, como el mayor aislamiento requerido, y generalmente una mayor dificultad en su manejo seguro. En una planta de energía, la energía se genera a un voltaje conveniente para el diseño de un generador y luego se eleva a un alto voltaje para la transmisión. Cerca de las cargas, el voltaje de transmisión se reduce a los voltajes utilizados por el equipo. Los voltajes de los consumidores varían algo según el país y el tamaño de la carga, pero en general los motores y la iluminación están diseñados para utilizar hasta unos pocos cientos de voltios entre fases. El voltaje suministrado a los equipos, como la iluminación y las cargas de los motores, está estandarizado, con un rango de voltaje admisible sobre el cual se espera que funcione el equipo. Los voltajes de utilización de energía estándar y el porcentaje de tolerancia varían en los diferentesSistemas de alimentación de red que se encuentran en el mundo. Los sistemas de transmisión de energía eléctrica de corriente continua de alto voltaje (HVDC) se han vuelto más viables a medida que la tecnología ha proporcionado medios eficientes para cambiar el voltaje de la energía de CC. La transmisión con corriente continua de alto voltaje no era factible en los primeros días de la transmisión de energía eléctrica , ya que no existía una forma económicamente viable de reducir el voltaje de CC para aplicaciones de usuario final, como la iluminación de bombillas incandescentes.
La generación eléctrica trifásica es muy común. La forma más sencilla es utilizar tres bobinas separadas en el estator del generador , desplazadas físicamente por un ángulo de 120 ° (un tercio de una fase completa de 360 °) entre sí. Se producen tres formas de onda de corriente que son iguales en magnitud y 120 ° fuera de faseel uno al otro Si se agregan bobinas opuestas a estas (espaciado de 60 °), generan las mismas fases con polaridad inversa y, por lo tanto, se pueden conectar simplemente entre sí. En la práctica, los "órdenes polares" superiores se usan comúnmente. Por ejemplo, una máquina de 12 polos tendría 36 bobinas (espaciado de 10 °). La ventaja es que se pueden usar velocidades de rotación más bajas para generar la misma frecuencia. Por ejemplo, una máquina de 2 polos que funciona a 3600 rpm y una máquina de 12 polos que funciona a 600 rpm produce la misma frecuencia; La velocidad más baja es preferible para máquinas más grandes. Si la carga en un sistema trifásico se equilibra equitativamente entre las fases, no fluye corriente a través del punto neutro. Incluso en el caso más desfavorable de la carga (lineal), la corriente neutra no excederá la más alta de las corrientes de fase. Las cargas no lineales (por ejemplo, las fuentes de alimentación de modo conmutado ampliamente utilizadas) pueden requerir un bus neutro de gran tamaño y un conductor neutro en el panel de distribución aguas arriba para manejar los armónicos . Los armónicos pueden hacer que los niveles de corriente del conductor neutro excedan los de uno o todos los conductores de fase.
Para las tensiones trifásicas de utilización, a menudo se utiliza un sistema de cuatro cables. Cuando se baja el trifásico, a menudo se usa un transformador con un primario Delta (3 hilos) y un secundario en estrella (4 hilos, con conexión a tierra central), por lo que no es necesario un neutro en el lado de la fuente. Para los clientes más pequeños (cuán pequeño varía según el país y la antigüedad de la instalación) solo se lleva a la propiedad una sola fase y neutral, o dos fases y neutral. Para instalaciones más grandes, las tres fases y el neutro se llevan al panel de distribución principal. Desde el panel principal trifásico, los circuitos monofásicos y trifásicos pueden desviarse. Monofásico de tres hilosLos sistemas, con un solo transformador de toma central que da dos conductores en vivo, es un esquema de distribución común para edificios residenciales y comerciales pequeños en América del Norte. Esta disposición a veces se denomina incorrectamente como "dos fases". Un método similar se utiliza por una razón diferente en los sitios de construcción en el Reino Unido. Se supone que las herramientas eléctricas pequeñas y la iluminación deben ser suministradas por un transformador con toma de centro local con un voltaje de 55 V entre cada conductor de energía y tierra. Esto reduce significativamente el riesgo de descarga eléctrica en el caso de que uno de los conductores vivos se exponga a través de una falla del equipo y al mismo tiempo permita un voltaje razonable de 110 V entre los dos conductores para hacer funcionar las herramientas.
Un tercer cable , llamado cable de conexión (o tierra), a menudo está conectado entre recintos metálicos que no transportan corriente y tierra. Este conductor proporciona protección contra descargas eléctricas debido al contacto accidental de los conductores del circuito con el chasis metálico de los aparatos y herramientas portátiles. La unión de todas las piezas metálicas que no transportan corriente en un sistema completo garantiza que siempre haya una baja trayectoria de impedancia eléctrica a tierra suficiente para soportar cualquier fallaactual durante el tiempo que sea necesario para que el sistema elimine la falla. Esta ruta de baja impedancia permite la máxima cantidad de corriente de falla, lo que hace que el dispositivo de protección de sobrecorriente (disyuntores, fusibles) se dispare o se queme lo más rápido posible, llevando el sistema eléctrico a un estado seguro. Todos los cables de conexión están conectados a tierra en el panel de servicio principal, al igual que el conductor neutro / identificado, si está presente.
Frecuencias de la fuente de alimentación de CA [ editar ]
La frecuencia del sistema eléctrico varía según el país y, a veces, dentro de un país; la mayoría de la energía eléctrica se genera a 50 o 60 Hertz . Algunos países tienen una mezcla de suministros de 50 Hz y 60 Hz, especialmente la transmisión de energía eléctrica en Japón . Una baja frecuencia facilita el diseño de motores eléctricos, especialmente para aplicaciones de elevación, trituración y laminación, y motores de tracción de tipo conmutador para aplicaciones como ferrocarriles . Sin embargo, la baja frecuencia también causa un parpadeo notable en las lámparas de arco y las bombillas incandescentes. El uso de frecuencias más bajas también proporcionó la ventaja de pérdidas de impedancia más bajas, que son proporcionales a la frecuencia. Los generadores originales de las Cataratas del Niágara se construyeron para producir una potencia de 25 Hz, como un compromiso entre la baja frecuencia para la tracción y los motores pesados de inducción, a la vez que permiten el funcionamiento de la iluminación incandescente (aunque con un parpadeo notable). La mayoría de los clientes residenciales y comerciales de 25 Hz para el suministro eléctrico de las Cataratas del Niágara se convirtieron a 60 Hz a fines de la década de 1950, aunque algunos [ ¿cuáles? ] Los clientes industriales de 25 Hz todavía existían desde principios del siglo XXI. La potencia de 16.7 Hz (antes 16 2/3 Hz) todavía se usa en algunos sistemas ferroviarios europeos, como en Austria , Alemania , Noruega ,Suecia y Suiza . Las aplicaciones marinas, militares, de la industria textil, marina, aeronáutica y de naves espaciales a veces usan 400 Hz, para los beneficios del peso reducido de los aparatos o las velocidades más altas del motor. Los sistemas de computadora central a menudo funcionaban con 400 Hz o 415 Hz para los beneficios de la reducción de la ondulación al usar unidades internas de conversión de CA a CC más pequeñas. [3] En cualquier caso, la entrada al conjunto de MG es el voltaje y la frecuencia habituales locales, en varios casos 200 V (Japón), 208 V, 240 V (América del Norte), 380 V, 400 V o 415 V (Europa), y diversos 50 Hz o 60 Hz.
Efectos a altas frecuencias [ editar ]
Una corriente continua fluye uniformemente a través de la sección transversal de un cable uniforme. Una corriente alterna de cualquier frecuencia es forzada lejos del centro del cable, hacia su superficie exterior. Esto se debe a que la aceleración de una carga eléctrica en una corriente alterna produce ondasde radiación electromagnética que cancelan la propagación de la electricidad hacia el centro de los materiales con alta conductividad . Este fenómeno se llama efecto de la piel . A frecuencias muy altas, la corriente ya no fluye en el cable, sino que efectivamente fluye en la superficie del cable, dentro de un grosor de unas pocas profundidades de la piel.. La profundidad de la piel es el grosor al que se reduce la densidad de corriente en un 63%. Incluso a frecuencias relativamente bajas utilizadas para la transmisión de potencia (50 Hz - 60 Hz), la distribución no uniforme de la corriente todavía se produce en conductores suficientemente gruesos . Por ejemplo, la profundidad de la piel de un conductor de cobre es de aproximadamente 8,57 mm a 60 Hz, por lo que los conductores de alta corriente generalmente son huecos para reducir su masa y costo. Dado que la corriente tiende a fluir en la periferia de los conductores, se reduce la sección transversal efectiva del conductor. Esto aumenta la resistencia de CA efectiva del conductor, ya que la resistencia es inversamente proporcional al área de la sección transversal. La resistencia de CA a menudo es muchas veces mayor que la resistencia de CC, causando una pérdida de energía mucho mayor debido aCalentamiento óhmico (también llamado pérdida I 2 R).
Las técnicas para reducir la resistencia de CA [ editar ]
Para frecuencias bajas a medias, los conductores se pueden dividir en cables trenzados, cada uno aislado entre sí, con las posiciones relativas de los hilos individuales especialmente dispuestos dentro del haz de conductores. El alambre construido con esta técnica se llama alambre de Litz . Esta medida ayuda a mitigar parcialmente el efecto de la piel al forzar una corriente más igual en toda la sección transversal total de los conductores trenzados. El cable Litz se usa para hacer inductores de alta Q , reduciendo las pérdidas en conductores flexibles que transportan corrientes muy altas a frecuencias más bajas y en los devanados de dispositivos que transportan una corriente de radiofrecuencia más alta (hasta cientos de kilohercios), como las fuentes de alimentación demodo de conmutación. y radiofrecuencia transformadores .
Las técnicas para la reducción de la pérdida de radiación [ editar ]
Como se escribió anteriormente, una corriente alterna está hecha de carga eléctrica bajo aceleración periódica , lo que causa la radiación de las ondas electromagnéticas . La energía que se irradia se pierde. Dependiendo de la frecuencia, se utilizan diferentes técnicas para minimizar la pérdida debida a la radiación.
Pares trenzados [ editar ]
En frecuencias de hasta aproximadamente 1 GHz, los pares de cables se trenzan juntos en un cable, formando un par trenzado . Esto reduce las pérdidas por radiación electromagnética y el acoplamiento inductivo . Se debe usar un par trenzado con un sistema de señalización balanceado, de modo que los dos cables tengan corrientes iguales pero opuestas. Cada cable en un par trenzado irradia una señal, pero se cancela de manera efectiva por la radiación del otro cable, lo que resulta en casi ninguna pérdida de radiación.
Cables coaxiales [ editar ]
Los cables coaxiales se utilizan comúnmente en las frecuencias de audio y superiores para mayor comodidad. Un cable coaxial tiene un cable conductor dentro de un tubo conductor, separado por una capa dieléctrica . La corriente que fluye en la superficie del conductor interno es igual y opuesta a la corriente que fluye en la superficie interna del tubo exterior. Por lo tanto, el campo electromagnético está completamente contenido dentro del tubo, y (idealmente) no se pierde energía por la radiación o el acoplamiento fuera del tubo. Los cables coaxiales tienen pérdidas aceptablemente pequeñas para frecuencias de hasta aproximadamente 5 GHz. Para frecuencias de microondas superiores a 5 GHz, las pérdidas (debido principalmente a la resistencia eléctrica del conductor central) se vuelven demasiado grandes, lo que hace que las guías de ondaUn medio más eficiente para transmitir energía. Se prefieren los cables coaxiales con aire en lugar de dieléctrico sólido, ya que transmiten potencia con menor pérdida.
Guías de onda [ editar ]
Las guías de onda son similares a los cables coaxiales, ya que ambos consisten en tubos, con la mayor diferencia de que la guía de onda no tiene conductor interno. Las guías de onda pueden tener cualquier sección transversal arbitraria, pero las secciones transversales rectangulares son las más comunes. Debido a que las guías de onda no tienen un conductor interno para transportar una corriente de retorno, las guías de onda no pueden entregar energía por medio de una corriente eléctrica , sino por medio de un campo electromagnético guiado . Aunque las corrientes superficialesSi fluyen en las paredes internas de las guías de onda, esas corrientes de superficie no transmiten energía. La potencia es transportada por los campos electromagnéticos guiados. Las corrientes de superficie están configuradas por los campos electromagnéticos guiados y tienen el efecto de mantener los campos dentro de la guía de ondas y evitar la fuga de los campos al espacio fuera de la guía de ondas. Las guías de onda tienen dimensiones comparables a la longitud de onda de la corriente alterna que se va a transmitir, por lo que solo son factibles a frecuencias de microondas. Además de esta viabilidad mecánica, la resistencia eléctrica de los metales no ideales que forman las paredes de la guía de ondas causa la disipación de la potencia (corrientes de la superficie que fluyen en los conductores con pérdidas)disipar el poder). A frecuencias más altas, la potencia perdida en esta disipación se vuelve inaceptablemente grande.
Fibra óptica [ editar ]
En frecuencias superiores a 200 GHz, las dimensiones de la guía de onda se vuelven poco prácticas y las pérdidas óhmicas en las paredes de la guía de onda aumentan. En su lugar, se puede usar fibra óptica , que es una forma de guías de onda dieléctricas. Para tales frecuencias, los conceptos de voltajes y corrientes ya no se utilizan.
Matemáticas de los voltajes de CA [ editar ]
Las corrientes alternas son acompañadas (o causadas) por voltajes alternos. Una tensión de CA v puede describirse matemáticamente como una función del tiempo mediante la siguiente ecuación:
- ,
dónde
- es la tensión pico (unidad: voltio ),
- es la frecuencia angular (unidad: radianes por segundo )
- La frecuencia angular está relacionada con la frecuencia física, (unidad = hercios ), que representa el número de ciclos por segundo, por la ecuación.
- es el tiempo (unidad: segundo ).
El valor de pico a pico de una tensión de CA se define como la diferencia entre su pico positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de es +1 y el valor mínimo es −1, un voltaje de CA oscila entre y . El voltaje pico a pico, usualmente escrito como o , es, por lo tanto .
Potencia [ editar ]
La relación entre la tensión y la potencia entregada es:
- dónde Representa una resistencia de carga.
En lugar de usar el poder instantáneo, , es más práctico usar una potencia promediada en el tiempo (donde el promedio se realiza sobre cualquier número entero de ciclos). Por lo tanto, el voltaje de CA a menudo se expresa como un valor de la raíz cuadrada media (RMS), escrito como, porque
- Oscilación de potencia
Raíz media del voltaje cuadrado[ editar ]
El voltaje RMS es el cuadrado R oot de la M ean más de un ciclo de la S quare de la tensión instantánea.
- Para una forma de onda periódica arbitraria de periodo :
![V _ {\ mathrm {rms}} = {\ sqrt {{\ frac {1} {T}} \ int _ {0} ^ {T} {[v (t)] ^ {2} dt}}}.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fcbde5a08727ac8afb4ae9825d92f5aa7c20f1cf)
- Para una tensión sinusoidal:
![{\ begin {alineado} V _ {\ mathrm {rms}} & = {\ sqrt {{\ frac {1} {T}} \ int _ {0} ^ {T} [{V_ {pk} \ sin (\ omega t + \ phi)] ^ {2} dt}}} \\ & = V_ {pk} {\ sqrt {{\ frac {1} {2T}} \ int _ {0} ^ {T} [{1- \ cos (2 \ omega t + 2 \ phi)] dt}}} \\ & = V_ {pk} {\ sqrt {{\ frac {1} {2T}} \ int _ {0} ^ {T} { dt}}} \\ & = {\ frac {V_ {pk}} {\ sqrt {2}}} \ end {alineado}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4af299ef918adbd3daeb95e32f24c27e18211fcf)
- donde la identidad trigonométrica se ha utilizado y el factor Se llama el factor de cresta , que varía para diferentes formas de onda.
- Para una forma de onda triangular centrada alrededor de cero
- Para una forma de onda cuadrada centrada alrededor de cero
Ejemplo [ editar ]
Para ilustrar estos conceptos, considere una fuente de alimentación de 230 V CA utilizada en muchos países del mundo. Se llama así porque su valor cuadrático promedio es de 230 V. Esto significa que la potencia promediada en el tiempo entregada es equivalente a la potencia entregada por un voltaje de CC de 230 V. Para determinar el voltaje máximo (amplitud), podemos reorganizar el sobre la ecuación para:
Para 230 V AC, la tensión máxima. es, por lo tanto , que es de aproximadamente 325 V. Durante el transcurso de un ciclo, el voltaje aumenta de cero a 325 V, cae de cero a -325 V y vuelve a cero.
Transmisión de información [ editar ]
La corriente alterna se utiliza para transmitir información , como en los casos de teléfono y televisión por cable . Las señales de información se transmiten en una amplia gama de frecuencias de CA. Las señales telefónicas de POTS tienen una frecuencia de aproximadamente 3 kHz, cerca de la frecuencia de audio de banda base . La televisión por cable y otras corrientes de información transmitidas por cable pueden alternar en frecuencias de decenas a miles de megahertz. Estas frecuencias son similares a las frecuencias de ondas electromagnéticas que se usan a menudo para transmitir los mismos tipos de información a través del aire .
Historia [ editar ]
El primer alternador para producir corriente alterna fue un generador dinamoeléctrico basado en los principios de Michael Faraday , construido por el fabricante francés de instrumentos Hippolyte Pixii en 1832. [4] Pixii más tarde añadió un conmutador a su dispositivo para producir el (entonces) más comúnmente utilizado. corriente continua. La aplicación práctica más temprana registrada de la corriente alterna es de Guillaume Duchenne , inventor y desarrollador de electroterapia . En 1855, anunció que la CA era superior a la corriente directa para la activación electroterapéutica de las contracciones musculares. [5]La tecnología de corriente alterna fue desarrollada aún más por la compañía húngara Ganz Works (1870) y en la década de 1880: Sebastian Ziani de Ferranti , Lucien Gaulard y Galileo Ferraris .
En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación donde se instalaron conjuntos de bobinas de inducción a lo largo de una línea de CA de alto voltaje. En lugar de cambiar el voltaje, los devanados primarios transfirieron energía a los devanados secundarios que se conectaron a una o varias 'velas eléctricas'(lámparas de arco) de su propio diseño, [6] [7] utilizadas para evitar que la falla de una lámpara se deshabilite Todo el circuito. [6] En 1878, la fábrica de Ganz en Budapest, Hungría, comenzó a fabricar equipos para iluminación eléctrica y, para 1883, había instalado más de cincuenta sistemas en Austria-Hungría. Sus sistemas de CA utilizaron lámparas de arco e incandescentes, generadores y otros equipos. [8]
Transformadores [ editar ]
Los sistemas de corriente alterna pueden usar transformadores para cambiar el voltaje de bajo a alto nivel y viceversa, lo que permite la generación y el consumo a bajos voltajes, pero la transmisión, posiblemente a grandes distancias, a alto voltaje, con ahorros en el costo de los conductores y las pérdidas de energía. Un transformador de potencia bipolar de núcleo abierto desarrollado por Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs se demostró en Londres en 1881, y atrajo el interés de Westinghouse . También exhibieron la invención en Turín en 1884. Sin embargo, estas bobinas de inducción tempranas con circuitos magnéticos abiertos son ineficientes en la transferencia de potencia a cargas. Hasta aproximadamente 1880, el paradigma de la transmisión de energía de CA desde una fuente de alta tensión a una carga de baja tensión era un circuito en serie. Los transformadores de núcleo abierto con una relación cercana a 1: 1 se conectaron con sus primarios en serie para permitir el uso de un alto voltaje para la transmisión y presentar un bajo voltaje a las lámparas. La falla inherente en este método fue que apagar una sola lámpara (u otro dispositivo eléctrico) afectó el voltaje suministrado a todos los demás en el mismo circuito. Se introdujeron muchos diseños de transformadores ajustables para compensar esta característica problemática del circuito en serie, incluidos los que emplean métodos para ajustar el núcleo o evitar el flujo magnético alrededor de una bobina. [9] Los sistemas de corriente directa no tuvieron estos inconvenientes, lo que le otorga ventajas significativas sobre los primeros sistemas de CA.
Pioneros [ editar ]
En el otoño de 1884, Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy y Miksa Déri(ZBD), tres ingenieros asociados a la fábrica de Ganz, determinaron que los dispositivos de núcleo abierto no eran prácticos, ya que eran incapaces de regular el voltaje de manera confiable. [10] En sus solicitudes de patente conjuntas de 1885 para nuevos transformadores (más tarde llamados transformadores ZBD), describieron dos diseños con circuitos magnéticos cerrados donde los devanados de cobre estaban enrollados alrededor de un núcleo de anillo de alambres de hierro o bien rodeados por un núcleo de alambres de hierro. [9] En ambos diseños, el flujo magnético que une los devanados primario y secundario viajó casi por completo dentro de los confines del núcleo de hierro, sin una trayectoria intencional a través del aire (vernúcleos toroidales ). Los nuevos transformadores fueron 3.4 veces más eficientes que los dispositivos bipolares de núcleo abierto de Gaulard y Gibbs. [11] La fábrica de Ganz en 1884 envió los primeros cinco transformadores de CA de alta eficiencia del mundo. [12] Esta primera unidad se fabricó con las siguientes especificaciones: 1,400 W, 40 Hz, 120: 72 V, 11.6: 19.4 A, relación 1.67: 1, monofásica, forma de carcasa. [12]
Las patentes de ZBD incluían otras dos innovaciones importantes relacionadas entre sí: una relacionada con el uso de cargas de utilización conectadas en paralelo, en lugar de conectadas en serie, la otra, sobre la capacidad de tener transformadores de alta relación de vueltas, de modo que el voltaje de la red de suministro podría ser mucho mayor (inicialmente 1400 V a 2000 V) que el voltaje de las cargas de utilización (100 V inicialmente preferidos). [13] [14] Cuando se empleaban en sistemas de distribución eléctrica conectados en paralelo, los transformadores de núcleo cerrado finalmente hicieron que la tecnología y la economía fueran factibles para proporcionar energía eléctrica para la iluminación en hogares, empresas y espacios públicos. [15] [16] El otro hito esencial fue la introducción de los sistemas de 'fuente de voltaje, intensivo de voltaje' (VSVI) ' [17]por la invención de generadores de voltaje constante en 1885. [18] Ottó Bláthy también inventó el primer medidor de electricidad AC . [19] [20] [21] [22]
Los sistemas de alimentación de CA se desarrollaron y adoptaron rápidamente después de 1886 debido a su capacidad para distribuir la electricidad de manera eficiente en largas distancias, superando las limitaciones del sistema de corriente continua . En 1886, los ingenieros de ZBD diseñaron la primera estación de energía del mundo que utilizaba generadores de CA para alimentar una red eléctrica común conectada en paralelo, la planta de energía Roma-Cerchi a vapor. [23] La confiabilidad de la tecnología AC recibió un impulso después de que Ganz Works electrificara una gran metrópolis europea: Roma en 1886. [23]
En el Reino Unido, Sebastian de Ferranti , quien había estado desarrollando generadores y transformadores de CA en Londres desde 1882, rediseñó el sistema de CA en la central eléctrica Grosvenor Galleryen 1886 para la London Electric Supply Corporation (LESCo), incluyendo alternadores de su propio diseño y transformador. Diseños similares a Gaulard y Gibbs. [24] En 1890 diseñó su estación de energía en Deptford [25] y convirtió la estación Grosvenor Gallery a través del Támesis en una subestación eléctrica , mostrando la manera de integrar plantas más antiguas en un sistema de suministro de CA universal. [26]
En los Estados Unidos, William Stanley, Jr. diseñó uno de los primeros dispositivos prácticos para transferir energía de CA de manera eficiente entre circuitos aislados. Usando pares de bobinas enrolladas en un núcleo de hierro común, su diseño, llamado bobina de inducción , fue uno de los primeros transformadores(1885) . Stanley también trabajó en ingeniería y adaptación de diseños europeos como el transformador Gaulard y Gibbs para el empresario estadounidense George Westinghouse, quien comenzó a construir sistemas de CA en 1886. La expansión de Westinghouse y otros sistemas de CA provocó un retroceso a finales de 1887 por parte de Edison (un defensor de corriente directa) que intentó desacreditar la corriente alterna por ser demasiado peligrosa en una campaña pública llamada " Guerra de Corrientes". En 1888, los sistemas de corriente alterna obtuvieron mayor viabilidad con la introducción de un motor de CA funcional , algo de lo que estos sistemas carecían hasta ese momento. El diseño, un motor de inducción , fue inventado independientemente por Galileo Ferraris y Nikola Tesla (con el diseño de Tesla autorizado por Westinghouse en los EE. UU.). Este diseño se desarrolló aún más en la forma moderna y trifásica de Mikhail Dolivo-Dobrovolsky y Charles Eugene Lancelot Brown . [27]
La planta de generación hidroeléctrica de Ames (primavera de 1891) y la central eléctrica Adams de Niagara Falls (25 de agosto de 1895) se encontraban entre las primeras centrales hidroeléctricas de corriente alterna. La primera transmisión a larga distancia de electricidad monofásica fue desde una planta de generación hidroeléctrica en Oregón en Willamette Falls, que en 1890 envió energía a dos millas río abajo al centro de Portland para alumbrado público. [28] En 1891, se instaló un segundo sistema de transmisión en Telluride Colorado. [29] El generador del cañón de San Antonio fue la tercera central hidroeléctrica monofásica comercial en los Estados Unidos en proporcionar electricidad a larga distancia. Fue terminado el 31 de diciembre de 1892 porAlmarian William Decker proporcionará energía a la ciudad de Pomona, California, que se encontraba a 14 millas de distancia. En 1893, a continuación, diseñó la primera planta de energía trifásica comercial en los Estados Unidos utilizando corriente alterna: la hidroeléctrica hidroeléctrica de Mill Creek, cerca de Redlands, California . El diseño de Decker incorporó una transmisión trifásica de 10 kV y estableció los estándares para el sistema completo de generación, transmisión y motores utilizados en la actualidad. La central hidroeléctrica Jaruga en Croacia se puso en funcionamiento el 28 de agosto de 1895. Los dos generadores (42 Hz, 550 kW cada uno) y los transformadores fueron producidos e instalados por la empresa húngara.Ganz . La línea de transmisión desde la planta de energía hasta la ciudad de Šibenik tenía 11,5 kilómetros (7,1 millas) de largo en torres de madera, y la red de distribución municipal 3000 V / 110 V incluía seis estaciones de transformación. La teoría de circuitos de corriente alterna se desarrolló rápidamente en la última parte del siglo XIX y principios del XX. Notables contribuyentes a la base teórica de los cálculos de corriente alterna incluyen a Charles Steinmetz , Oliver Heaviside y muchos otros. [30] [31] Los cálculos en sistemas trifásicos desequilibrados se simplificaron mediante los métodos de componentes simétricos discutidos por Charles Legeyt Fortescue en 1918.
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