¿Sabes qué es el voltaje CC? Seguro que has escuchado hablar de ello, pero ¿realmente sabes qué significa y para qué se utiliza? En este artículo te lo vamos a contar todo sobre este tipo de voltaje, desde su simbología en los circuitos hasta los códigos de colores que se utilizan para identificar los cables. ¡No te lo pierdas!
¿Qué es el voltaje de CC?
Voltaje de CC significa voltaje de corriente continua. Es el tipo de voltaje que obtenemos de las baterías, generadores de CC y otras fuentes como sensores y transductores.
Los voltajes de CC, a diferencia de los de CA, no tienen una frecuencia, lo que significa que no se alteran cada medio ciclo. Sin embargo, en algunos circuitos electrónicos, hay componentes que generan una forma de onda de voltaje alterno, pero esos se llaman DC pulsante. Esto se debe a que aunque estas formas de onda aparentemente se alternan, su valor promedio en un ciclo no es igual a cero.
Un voltaje puede llamarse voltaje de corriente alterna (CA) si y solo si alterna cada medio ciclo y tiene un valor promedio igual a cero en un ciclo completo. El valor promedio en un ciclo que es igual a cero significa que el voltaje neto en un medio ciclo positivo es igual en magnitud en el medio ciclo negativo.
Entonces, las cargas eléctricas fluyen de la fuente a la carga en el primer semiciclo y de la carga a la fuente en el semiciclo negativo. Sin embargo, este no es el caso con el voltaje de CC. Las cargas fluyen unidireccionalmente desde la fuente a la carga o al circuito solamente. En el caso de CC pulsante, hay una forma de onda alterna, pero el valor promedio del voltaje es positivo o negativo, pero no cero.
El voltaje de CC es simple en comparación con su contraparte de CA. Esto se debe a que, en el caso del voltaje de CC, no existe el concepto de análisis de frecuencia, fase, vector o fasor. Es relativamente fácil de analizar matemáticamente y de diseñar sus componentes.
Hoy en día, el voltaje de CC se usa en gran medida en pequeños componentes electrónicos. Además de eso, el voltaje de CC se usa en industrias y plantas de energía para cargar capacitores, energizar circuitos de campo y controlar ciertos equipos. Aparte de eso, las bombillas y los ventiladores de voltaje de CC se utilizan como respaldo en caso de un corte de energía.
El voltaje de CC es ideal para cargar baterías recargables y capacitores. El voltaje de CA no se puede utilizar con fines de carga. Esto se debe a su propia naturaleza. El voltaje de CC produce una corriente unidireccional que fluye desde la fuente hasta el circuito y, por lo tanto, las cargas eléctricas simplemente se mueven desde la fuente hasta la batería o el capacitor que se está cargando.
El condensador actúa como un almacenamiento de carga. En el caso del voltaje de CA, las cargas fluyen desde la fuente hasta el componente de carga en el semiciclo positivo, mientras que ocurre lo contrario en el semiciclo negativo cuando el componente se descarga de regreso a la fuente. Por lo tanto, el componente nunca se carga y puede causar un accidente fatal si se aplica voltaje de CA a través de sus terminales.
Símbolo de voltaje de CC
El carácter Unicode-U+2393 “⎓” se utiliza para las aplicaciones de CC. También se simboliza como una línea recta.
Códigos de color de los cables del circuito de alimentación de CC de IEC
IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) proporciona un estándar para los códigos de cableado. La siguiente tabla muestra los estándares IEC para cables de voltaje de CC.
| Función | Norma CEI | |
| Etiqueta | Color | |
| Tierra de protección | EDUCACIÓN FÍSICA | Verde amarillo |
| Sistema de CC sin conexión a tierra de dos hilos | ||
| Positivo | L+ | Marrón |
| Negativo | L- | Gris |
| Sistema de CC con conexión a tierra de dos hilos | ||
| Circuito positivo (negativo a tierra) | L+ | Marrón |
| Circuito negativo (negativo a tierra) | METRO | Azul |
| Circuito positivo (positivo a tierra) | METRO | Azul |
| Circuito negativo (positivo a tierra) | L- | Gris |
| Sistema de CC con conexión a tierra de tres hilos | ||
| Positivo | L+ | Marrón |
| alambre medio | METRO | Azul |
| Negativo | L- | Gris |
Códigos de color de los cables del circuito de alimentación de CC de EE. UU.
Código eléctrico nacional de EE. UU. Sin códigos de colores de cables Sistema sin conexión a tierra por razones de seguridad. Los siguientes son los códigos de color de los cables de CC para los sistemas conectados a tierra según el Código Eléctrico Nacional de EE. UU.
| Función | Código recomendado de electricidad nacional de EE. UU. | |
| Etiqueta | Color | |
| Tierra de protección | PG | Desnudo, verde o verde-amarillo |
| Sistema de CC sin conexión a tierra de dos hilos | ||
| Positivo | L+ | Sin recomendación (Rojo) |
| Negativo | L- | Sin recomendación (negro) |
| Sistema de CC con conexión a tierra de dos hilos | ||
| Circuito positivo (negativo a tierra) | L+ | Rojo |
| Circuito negativo (negativo a tierra) | norte | Blanco |
| Circuito positivo (positivo a tierra) | norte | Blanco |
| Circuito negativo (positivo a tierra) | L- | Negro |
| Sistema de CC con conexión a tierra de tres hilos | ||
| Positivo | L+ | Rojo |
| alambre medio | norte | Blanco |
| Negativo | L- | Negro |
Tipo de fuentes de CC
Las fuentes de CC son aquellas desde las que proporcionamos energía de CC a un circuito eléctrico o electrónico. Estos son – Fuentes de voltaje y Fuentes actuales.
Fuentes de voltaje de CC son los que tienen un voltaje de CC constante independientemente de la corriente consumida. Si bien este es el caso ideal, en el mundo práctico, la fuente tiene cierta impedancia en serie que hace que el voltaje de la fuente caiga a medida que aumenta la corriente de salida.
La caída de voltaje en la fuente de voltaje de CC se muestra a continuación.
fuentes de corriente continua, por otro lado, son las fuentes que proporcionan corriente continua constante, independientemente del voltaje que la atraviese. Una fuente de corriente ideal tiene una impedancia infinita entre sus terminales, lo que significa que entrega la corriente total requerida al circuito conectado. Mientras que en el mundo práctico, cada fuente de corriente tiene alguna impedancia entre sus terminales en paralelo a la fuente. Por lo tanto, la corriente producida por la fuente se divide en dos componentes: la corriente de carga y la corriente de impedancia interna.
Mientras que una fuente de voltaje de CC está representada por un símbolo +/- (los dos terminales de la batería o cualquier otra fuente de CC), una fuente de corriente está representada por una flecha hacia arriba.
Fuentes de CC dependientes e independientes
Las fuentes de corriente y voltaje se subcategorizan como Fuentes dependientes y Fuentes independientes según su naturaleza.
Una fuente de voltaje independiente es aquella que genera voltaje sin que su valor dependa del resultado de algún otro circuito. Un ejemplo es una batería que genera voltaje por sí misma y el valor de salida es independiente de cualquier elemento del circuito. Del mismo modo, las fuentes de corriente independientes son las que generan corriente sin depender de la salida de ningún circuito o elemento externo.
Las fuentes dependientes, ya sean de voltaje o de corriente, por otro lado, generan voltaje o corriente dependiendo de la salida de cualquier circuito, elemento o entorno externo. Es por eso que este tipo de fuentes se utilizan para obtener una salida eléctrica equivalente de cualquier cambio externo o cambio de circuito.
Los sensores y transductores son los mejores ejemplos de fuentes dependientes. Un sensor piezoeléctrico, por ejemplo, proporciona una salida eléctrica equivalente a la presión o el peso que se le aplica. Entonces, podemos hacer uso de este sensor o fuente dependiente para obtener un voltaje equivalente para la presión aplicada. Esto se puede usar como retroalimentación en un circuito de control.
Las fuentes independientes se muestran dentro de una forma circular, mientras que las fuentes dependientes se muestran dentro de una forma de diamante.
¿En qué se diferencia DC de AC?
| Voltaje CC | Voltaje de corriente alterna |
| El voltaje generado por los generadores y las baterías es voltaje de CC. | El voltaje generado por los alternadores es voltaje AC. |
| El voltaje de CC no tiene frecuencia (sin embargo, el voltaje de CC pulsante tiene frecuencia) | El voltaje de CA tiene una cierta frecuencia ya que alterna cada medio ciclo. |
| El voltaje de CC no tiene concepto de fase. | El valor del voltaje de CA depende del tiempo y, por lo tanto, existe un concepto de fase. |
| Dos voltajes de CC son iguales si tienen la misma magnitud y dirección (positiva o negativa). | No se puede decir que dos voltajes de CA sean iguales simplemente mirando la magnitud. Sus respectivas fases también deben ser iguales. |
| El voltaje de CC trata un inductor ideal como un cortocircuito y hace que fluya la corriente máxima. Esto se debe a que DC no varía con el tiempo (excepto por la fase transitoria durante el arranque). | El voltaje de CA, que varía en el tiempo, es resistido por un inductor de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Lenz. Esto hace que la corriente del circuito se retrase un ángulo con respecto al voltaje (90 grados en el caso de un inductor ideal). |
| El voltaje de CC trata al capacitor como un circuito abierto. Hace que las placas del capacitor se carguen. | El voltaje de CA cuando se aplica a través de un capacitor hace que la forma de onda del voltaje se retrase un ángulo con respecto a la forma de onda de la corriente (90 grados en el caso de un capacitor ideal) |
| El voltaje de CC no se puede aumentar o disminuir usando un transformador eléctrico. | El voltaje de CA se puede aumentar o disminuir usando un transformador. |
| El voltaje de CC tiene un valor fijo y, por lo tanto, es relativamente seguro trabajar en lo que respecta a su valor. | El voltaje de CA, que varía en el tiempo, tiene un valor máximo que es √2 veces su valor RMS. Por lo tanto, cualquier equipo de seguridad o aislamiento debe fabricarse para manejar el voltaje pico de manera segura. |
| El voltaje de CC tiene una caída en su valor solo a través de una resistencia. La caída a través de una resistencia R se calcula como VR=IR Donde I es la corriente que pasa por R. | Caídas de voltaje de CA debido a la resistencia, la inductancia y la capacitancia en un circuito. Una caída de voltaje de CA a través de una impedancia Z es; V= IZ=I√(R2+ω2L+1/ω2C2) Dónde ωL es la reactancia de inductancia y 1/ωC es la reactancia capacitiva. |
| El voltaje de CC es fácil de analizar y hacer cálculos. | El voltaje de CA es relativamente complejo para trabajar, ya que su valor depende del tiempo y también se ve afectado por la inductancia y la capacitancia. |
| Generalmente se utiliza en aplicaciones de baja potencia como circuitos electrónicos, control y operaciones de relé. También se usa para impulsar el circuito de campo en un alternador. | Generalmente se utiliza para la distribución de alta potencia a alto voltaje desde la planta de energía hasta los consumidores. La mayoría de las cargas generales que vemos funcionan con voltaje de CA. |
| El voltaje de CC a través de un circuito provoca la generación de un campo magnético estático que no puede vincularse con ningún otro circuito para obtener la acción del transformador. Por lo tanto, este voltaje puede saturar una bobina de choque y quemarla. | El voltaje de CA, que varía en el tiempo por naturaleza, provoca la generación de un campo magnético variable en el tiempo que puede conectarse con un circuito secundario a través de un espacio de aire. Esto permite que la acción del transformador entre en escena y es ventajoso en caso de que queramos aislamiento físico entre los dos circuitos. Esto provoca un aumento en la eficiencia. |
Transmisión de energía usando voltaje DC
Thomas Alva Edison fue el inventor del generador de CC. Fue su idea generar voltaje de CC centralizado y transmitirlo a los consumidores mediante una línea de transmisión.
Sin embargo, esta idea no despegó ya que la transferencia de energía de CC a largas distancias no era económica. Esto se debe a que la energía generada con generadores de CC tenía voltajes bajos.
Como sabemos, la potencia es el producto del voltaje y la corriente, la corriente aumentaría para compensar el bajo voltaje de CC para mantener constante la potencia transferida. La alta corriente, por lo tanto, requería líneas de transmisión más gruesas para transferir, ya que había una gran caída de voltaje en la línea debido a la resistencia de la línea.
La caída de voltaje fue tan severa que requirió múltiples generadores de CC para transferir algo de energía útil y reducir la caída. El voltaje de CC generado era bajo porque no hay forma de que el voltaje se pueda recolectar de los generadores de CC sin tener contacto físico con los conductores externos.
Este problema se resolvió con voltaje AC. El flujo de campo magnético alterno hace que la acción del transformador entre en el papel y es posible el aislamiento físico entre Primario y Secundario.
Además, poner un transformador a ciertas distancias fue suficiente para aumentar la caída de voltaje en lugar de instalar varios alternadores. El voltaje de CA generado se eleva a un valor más alto, lo que hace que la corriente de línea se reduzca significativamente para transferir una cantidad determinada de energía.
Sin embargo, el voltaje de CA provoca una caída de la inductancia y la capacitancia. Para una distancia superior a 600 kilómetros, el sistema de CA no es tan eficiente para transferir energía y, por lo tanto, Transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC) se utiliza el mecanismo. Aquí, el voltaje de CA generado se aumenta mediante un transformador y luego se convierte en CC mediante convertidores de potencia justo antes de la transmisión. Antes de la distribución, el voltaje de CC se vuelve a convertir en CA sin una pérdida considerable de energía.
Métodos para reducir el voltaje de CC
Necesitamos una reducción de voltaje de CC según la aplicación. Podemos reducir el voltaje de CC mediante los siguientes métodos.
- usando resistencias
- usando diodos
Reducción de voltaje de CC usando resistencias
Las resistencias conectadas en serie forman un circuito divisor de tensión. El voltaje a través de la resistencia se puede obtener mediante la selección adecuada del valor de las resistencias. A continuación se muestra un diagrama de circuito del circuito divisor de voltaje.
El voltaje a través de la resistencia R1 es;
El voltaje a través de la resistencia R2 es;
Por lo tanto, a partir de estas dos ecuaciones, podemos calcular el valor de 𝑅1 y 𝑅2 para obtener el voltaje DC deseado.
Reducción de voltaje DC usando diodos
Un diodo conduce en la condición de polarización directa y se produce una caída de tensión de 0,7 voltios en la unión PN. La caída de tensión es de 0,6 a 0,7 V para un diodo de silicio y de 0,25 a 0,3 V para un diodo de germanio. La caída de voltaje se puede aumentar conectando los diodos en serie.
En el ejemplo que se muestra, el voltaje de una batería de 12 V se reduce a aproximadamente 8,5 V y la caída de voltaje en todos los diodos es de 3,5 V.
Reducción del voltaje de CC mediante convertidor reductor
El convertidor reductor es un convertidor electrónico utilizado para reducir el voltaje de CC.
¿Cómo aumentar el voltaje de CC?
El convertidor Boost se utiliza para aumentar el voltaje de CC. El convertidor reductor y elevador es un circuito electrónico. El convertidor elevador tiene dos dispositivos semiconductores, ya sea un diodo o un transistor, que actúa como un interruptor y un elemento de almacenamiento de energía, ya sea un capacitor o un inductor.
¿Cómo medir el voltaje de CC?
Podemos medir el voltaje de CC usando el-
- Un voltímetro de CC
- Multímetro: mantenga la selección en voltaje de CC
- Ley de Ohm– V= IR
- Osciloscopio
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