Corriente alterna

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La corriente alterna (CA) es una corriente eléctrica que invierte periódicamente la dirección y cambia su magnitud continuamente con el tiempo en contraste con la corriente continua (CC) que fluye solo en una dirección. La corriente alterna es la forma en que se entrega la energía eléctrica a los negocios y residencias, y es la forma de energía eléctrica que los consumidores suelen usar cuando conectan electrodomésticos de cocina, televisores, ventiladores y lámparas eléctricas en un tomacorriente de pared. Una fuente común de energía de CC es una celda de batería en una linterna. Las abreviaturas AC y DC se utilizan a menudo para significar simplemente alterna y directa, como cuando modifican la corriente o el voltaje.

La forma de onda habitual de la corriente alterna en la mayoría de los circuitos de energía eléctrica es una onda sinusoidal, cuyo semiperíodo positivo se corresponde con la dirección positiva de la corriente y viceversa. En ciertas aplicaciones, como amplificadores de guitarra, se utilizan diferentes formas de onda, como ondas triangulares u ondas cuadradas. Las señales de audio y radio transportadas por cables eléctricos también son ejemplos de corriente alterna. Estos tipos de corriente alterna transportan información como sonido (audio) o imágenes (video) a veces transportados por modulación de una señal portadora de CA. Estas corrientes normalmente se alternan a frecuencias más altas que las utilizadas en la transmisión de energía.

Transmisión, distribución y suministro eléctrico doméstico

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 las líneas eléctricas de manera eficiente a alto voltaje, lo que reduce la pérdida de energía como calor debido a la resistencia del cable y se transforma a un voltaje más bajo y más seguro para su uso. El uso de un voltaje más alto conduce a una transmisión de energía significativamente más eficiente. Las pérdidas de potencia ( ${displaystyle P_{rm {w}}}$ ) en el cable son el producto del cuadrado de la corriente (I) y la resistencia (R) del cable, descritas por la fórmula: ${displaystyle P_{rm {w}}=I^{2}R,.}$

Esto significa que al transmitir una potencia fija en un cable dado, 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 una cuarta parte.

La potencia transmitida es igual al producto de la corriente y el voltaje (suponiendo que no haya diferencia de fase); eso es, ${displaystyle P_{rm {t}}=IV,.}$

En consecuencia, la potencia transmitida a un voltaje más alto requiere menos corriente que produzca pérdidas que para la misma potencia a un voltaje más bajo. La energía a menudo se transmite a cientos de kilovoltios en torres y se transforma a decenas de kilovoltios para transmitirse en líneas de nivel inferior y finalmente se transforma a 100 V - 240 V para uso doméstico.

Los altos voltajes tienen desventajas, como el mayor aislamiento requerido y, en general, 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 un poco según el país y el tamaño de la carga, pero generalmente los motores y la iluminación están diseñados para usar hasta unos pocos cientos de voltios entre fases. El voltaje entregado a los equipos, como las cargas de iluminación y motores, está estandarizado, con un rango de voltaje permitido sobre el cual se espera que funcione el equipo. Los voltajes de utilización de energía estándar y la tolerancia porcentual varían en los diferentes sistemas de energía eléctrica 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 ya 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 entonces no había 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 usar tres bobinas separadas en el estator del generador, compensadas 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 están desfasadas 120° entre sí. Si se agregan bobinas opuestas a estas (separación de 60°), generan las mismas fases con polaridad inversa y, por lo tanto, se pueden cablear juntas. En la práctica, se utilizan comúnmente "órdenes de polos" superiores. 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 producen la misma frecuencia; la velocidad más baja es preferible para máquinas más grandes. Si la carga en un sistema trifásico se equilibra por igual entre las fases, no fluye corriente a través del punto neutro. Incluso en el peor de los casos con una carga desequilibrada (lineal), la corriente del neutro no superará la mayor de las corrientes de fase. Las cargas no lineales (p. ej., las fuentes de alimentación conmutadas ampliamente utilizadas) pueden requerir una barra neutral de gran tamaño y un conductor neutral 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. las fuentes de alimentación conmutadas ampliamente utilizadas) pueden requerir una barra neutral de gran tamaño y un conductor neutral 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. las fuentes de alimentación conmutadas ampliamente utilizadas) pueden requerir una barra neutral de gran tamaño y un conductor neutral 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 voltajes de utilización trifásicos, a menudo se usa un sistema de cuatro hilos. Cuando se reduce la tensión trifásica, a menudo se usa un transformador con un primario en triángulo (3 hilos) y un secundario en estrella (4 hilos, con conexión a tierra central), por lo que no hay necesidad de un neutro en el lado de suministro. Para clientes más pequeños (lo pequeño varía según el país y la antigüedad de la instalación) solo se lleva a la propiedad una sola fase y neutro, o dos fases y neutro. Para instalaciones más grandes, las tres fases y el neutro se llevan al panel de distribución principal. Del cuadro principal trifásico pueden salir circuitos tanto monofásicos como trifásicos. Los sistemas monofásicos de tres hilos, con un solo transformador con derivación central que proporciona dos conductores vivos, 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". En las obras de construcción del Reino Unido se utiliza un método similar por un motivo diferente. Se supone que las herramientas eléctricas pequeñas y la iluminación deben ser alimentadas por un transformador local con derivación central 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 activos quede expuesto debido a una falla del equipo, al mismo tiempo que permite un voltaje razonable de 110 V entre los dos conductores para hacer funcionar las herramientas.

Un tercer cable, llamado cable de enlace (o de tierra), a menudo se conecta entre los gabinetes de metal que no transportan corriente y la conexión a tierra. Este conductor brinda 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 conducen corriente en un sistema completo garantiza que siempre haya una ruta de baja impedancia eléctrica a tierra suficiente para transportar cualquier corriente de falla durante el tiempo que tarde el sistema en eliminar la falla. Esta ruta de baja impedancia permite la cantidad máxima de corriente de falla, lo que hace que el dispositivo de protección contra 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 neutral/identificado, si está presente.

Frecuencias de la fuente de alimentación de CA

La frecuencia del sistema eléctrico varía según el país y, a veces, dentro de un país; la mayor parte de la energía eléctrica se genera a 50 o 60 Hertz. Algunos países tienen una combinación de suministros de 50 Hz y 60 Hz, en particular, la transmisión de energía eléctrica en Japón. Una frecuencia baja facilita el diseño de motores eléctricos, en particular para aplicaciones de elevación, trituración y laminación, y motores de tracción de tipo conmutador para aplicaciones como ferrocarriles. Sin embargo, la baja frecuencia también provoca 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 energía de 25 Hz, como un compromiso entre baja frecuencia para tracción y motores de inducción pesados. al mismo tiempo que permite que la iluminación incandescente funcione (aunque con un parpadeo notable). La mayoría de los clientes residenciales y comerciales de 25 Hz para la energía de las Cataratas del Niágara se convirtieron a 60 Hz a fines de la década de 1950, aunque algunosLos clientes industriales de 25 Hz todavía existían a principios del siglo XXI. La potencia de 16,7 Hz (anteriormente 16 2/3 Hz) todavía se usa en algunos sistemas ferroviarios europeos, como en Austria, Alemania, Noruega, Suecia y Suiza. Las aplicaciones en alta mar, militares, de la industria textil, marinas, aeronáuticas y de naves espaciales a veces usan 400 Hz, para obtener los beneficios de un peso reducido del aparato o velocidades de motor más altas. Los sistemas de computadora central a menudo se alimentaban con 400 Hz o 415 Hz para obtener los beneficios de la reducción de la ondulación mientras se usaban unidades internas de conversión de CA a CC más pequeñas.

Efectos a altas frecuencias

Una corriente continua fluye uniformemente a lo largo de la sección transversal de un alambre conductor eléctrico homogéneo. Una corriente alterna de cualquier frecuencia es forzada lejos del centro del cable, hacia su superficie exterior. Esto se debe a que una corriente alterna (que es el resultado de la aceleración de una carga eléctrica) crea ondas electromagnéticas (fenómeno conocido como radiación electromagnética). Los conductores eléctricos no son propicios para las ondas electromagnéticas (un conductor eléctrico perfecto prohíbe todas las ondas electromagnéticas dentro de su límite), por lo que un cable que está hecho de un conductor no perfecto (un conductor con conductividad eléctrica finita, en lugar de infinita) empuja la alternancia corriente, junto con sus campos electromagnéticos asociados, lejos del centro del cable.

A frecuencias muy altas, la corriente ya no fluye en el cable, sino que efectivamente fluye enla superficie del alambre, dentro de un espesor de unas pocas profundidades de piel. La profundidad de la piel es el grosor en el que la densidad de corriente se reduce en un 63% (una reducción de un neper). Incluso a frecuencias relativamente bajas utilizadas para la transmisión de energía (50 Hz – 60 Hz), todavía se produce una distribución no uniforme de la corriente 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 suelen ser 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 CA efectiva del conductor, ya que la resistencia es inversamente proporcional al área de la sección transversal. La resistencia de CA suele ser muchas veces mayor que la resistencia de CC,pérdida R).

Técnicas para reducir la resistencia de CA

Para frecuencias bajas a medias, los conductores se pueden dividir en hilos trenzados, cada uno aislado de los demás, con las posiciones relativas de los hilos individuales especialmente dispuestas dentro del haz de conductores. El alambre construido usando esta técnica se llama alambre Litz. Esta medida ayuda a mitigar parcialmente el efecto piel al forzar una corriente más uniforme en toda la sección transversal total de los conductores trenzados. El alambre Litz se usa para fabricar inductores de alto Q, lo que reduce las pérdidas en conductores flexibles que transportan corrientes muy altas a frecuencias más bajas y en los devanados de dispositivos que transportan corrientes de radiofrecuencia más altas (hasta cientos de kilohercios), como las fuentes de alimentación conmutadas. y transformadores de radiofrecuencia.

Técnicas para reducir la pérdida de radiación

Como se escribió anteriormente, una corriente alterna está hecha de carga eléctrica bajo aceleración periódica, lo que provoca la radiación de 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

A frecuencias de hasta aproximadamente 1 GHz, los pares de hilos se trenzan juntos en un cable, formando un par trenzado. Esto reduce las pérdidas por radiación electromagnética y acoplamiento inductivo. Se debe usar un par trenzado con un sistema de señalización balanceado, de modo que los dos cables lleven corrientes iguales pero opuestas. Cada cable en un par trenzado irradia una señal, pero es efectivamente cancelada por la radiación del otro cable, lo que resulta en una pérdida de radiación casi nula.

Cables coaxiales

Los cables coaxiales se usan comúnmente en frecuencias de audio y superiores por conveniencia. Un cable coaxial tiene un hilo conductor dentro de un tubo conductor, separado por una capa dieléctrica. La corriente que circula por la superficie del conductor interior es igual y opuesta a la corriente que circula por la superficie interior del tubo exterior. Por lo tanto, el campo electromagnético está completamente contenido dentro del tubo e (idealmente) no se pierde energía por radiación o acoplamiento fuera del tubo. Los cables coaxiales tienen pérdidas aceptablemente pequeñas para frecuencias de hasta unos 5 GHz. Para frecuencias de microondas superiores a 5 GHz, las pérdidas (debido principalmente a que el dieléctrico que separa los tubos interior y exterior no es un aislante ideal) se vuelven demasiado grandes, lo que hace que las guías de ondas sean un medio más eficiente para transmitir energía.

Guías de ondas

Las guías de ondas son similares a los cables coaxiales, ya que ambos consisten en tubos, con la mayor diferencia de que las guías de ondas no tienen conductor interno. Las guías de ondas pueden tener cualquier sección transversal arbitraria, pero las secciones transversales rectangulares son las más comunes. Debido a que las guías de ondas no tienen un conductor interno para transportar una corriente de retorno, las guías de ondas no pueden entregar energía por medio de una corriente eléctrica, sino por medio de un conductor guiado.campo electromagnetico. Aunque las corrientes superficiales fluyen en las paredes internas de las guías de ondas, esas corrientes superficiales no transportan energía. La energía es transportada por los campos electromagnéticos guiados. Las corrientes superficiales son establecidas 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 exterior de la guía de ondas. Las guías de ondas tienen dimensiones comparables a la longitud de onda de la corriente alterna a transmitir, por lo que solo son factibles en 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 provoca la disipación de potencia (las corrientes superficiales que fluyen sobre conductores con pérdidas disipan potencia). A frecuencias más altas, la potencia perdida por esta disipación se vuelve inaceptablemente grande.

Fibra óptica

A frecuencias superiores a 200 GHz, las dimensiones de la guía de ondas se vuelven poco prácticas y las pérdidas óhmicas en las paredes de la guía de ondas se vuelven grandes. En su lugar, se pueden utilizar fibras ópticas, que son una forma de guías de ondas dieléctricas. Para tales frecuencias, ya no se utilizan los conceptos de voltajes y corrientes.

Matemáticas de voltajes de CA

Las corrientes alternas están acompañadas (o provocadas) por voltajes alternos. Un voltaje de CA v se puede describir matemáticamente como una función del tiempo mediante la siguiente ecuación: ${displaystyle v(t)=V_{text{pico}}sin(omega t)}$ ,

dónde

${displaystyle V_{text{pico}}}$ es el voltaje pico (unidad: voltio),
$omega$ es la frecuencia angular (unidad: radianes por segundo).La frecuencia angular está relacionada con la frecuencia física, $F$ (unidad: hertz), que representa el número de ciclos por segundo, por la ecuación $omega =2pi f$ .
$t$ es el tiempo (unidad: segundo).

El valor pico a pico de un voltaje de CA se define como la diferencia entre su pico positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de $sin(x)$ es +1 y el valor mínimo es −1, un voltaje de CA oscila entre ${displaystyle +V_{text{pico}}}$ y ${displaystyle -V_{text{pico}}}$ . Por lo tanto, el voltaje de pico a pico, generalmente escrito como ${displaystyle V_{text{pp}}}$ o ${displaystyle V_{text{PP}}}$ , es ${displaystyle V_{text{pico}}-(-V_{text{pico}})=2V_{text{pico}}}$ .

Energía

La relación entre el voltaje y la potencia entregada es: $p(t)={frac{v^{2}(t)}{R}}$

donde $R$ representa una resistencia de carga.

En lugar de usar potencia instantánea, $pag(t)$ 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 cuadrático medio (RMS), escrito como ${displaystyle V_{text{rms}}}$ , porque ${displaystyle P_{text{promedio de tiempo}}={frac {{V_{text{rms}}}^{2}}{R}}.}$ Oscilación de potencia ${displaystyle {begin{alineado}v(t)&=V_{text{pico}}sin(omega t)\i(t)&={frac {v(t)}{R} }={frac {V_{text{pico}}}{R}}sin(omega t)\P(t)&=v(t)i(t)={frac {(V_{ text{pico}})^{2}}{R}}sen ^{2}(omega t)end{alineado}}}$

Tensión cuadrática media raíz

Por debajo se supone una forma de onda de CA (sin componente de CC).

El voltaje RMS es la raíz cuadrada de la media de un ciclo del cuadrado del voltaje instantáneo.

Para una forma de onda periódica arbitraria $Vermont)$ de período $T$ : ${displaystyle V_{text{rms}}={sqrt {{frac {1}{T}}int _{0}^{T}{[v(t)]^{2}dt}} }.}$
Para un voltaje sinusoidal: ${displaystyle {begin{alineado}V_{text{rms}}&={sqrt {{frac {1}{T}}int_{0}^{T}[{V_{text{ pico}}sin(omega t+phi)]^{2}dt}}}\&=V_{text{pico}}{sqrt {{frac {1}{2T}}int _ {0}^{T}[{1-cos(2omega t+2phi)]dt}}}\&=V_{text{pico}}{sqrt {{frac {1} {2T}}int _{0}^{T}{dt}}}\&={frac {V_{text{pico}}}{sqrt {2}}}end{alineado}} }$ ${displaystyle sin^{2}(x)={frac {1-cos(2x)}{2}}}$ donde se ha utilizado la identidad trigonométrica y el factor ${ sqrt {2}}$ se denomina factor de cresta, que varía para diferentes formas de onda.
Para una forma de onda triangular centrada alrededor de cero ${displaystyle V_{text{rms}}={frac {V_{text{pico}}}{sqrt {3}}}.}$
Para una forma de onda cuadrada centrada alrededor de cero ${displaystyle V_{text{rms}}=V_{text{pico}}.}$

Ejemplos de corriente alterna

Para ilustrar estos conceptos, considere una fuente de alimentación de CA de 230 V utilizada en muchos países del mundo. Se llama así porque su valor cuadrático medio es de 230 V. Esto significa que la potencia entregada promediada en el tiempo es equivalente a la entregada por un voltaje de CC de 230 V. Para determinar el voltaje pico (amplitud), podemos reorganizar el ecuación anterior a: ${displaystyle V_{text{pico}}={sqrt {2}} V_{text{rms}}.}$

Por lo tanto, para 230 V CA, el voltaje máximo ${displaystyle V_{text{pico}}}$ es ${displaystyle 230{text{V}}times {sqrt {2}}}$ , 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

La corriente alterna se utiliza para transmitir información, como en los casos del teléfono y la televisión por cable. Las señales de información se transportan en una amplia gama de frecuencias de CA. Las señales telefónicas POTS tienen una frecuencia de alrededor de 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 megahercios. Estas frecuencias son similares a las frecuencias de ondas electromagnéticas que se utilizan a menudo para transmitir los mismos tipos de información por aire.

Historia

El primer alternador que produjo corriente alterna fue un generador eléctrico de dínamo basado en los principios de Michael Faraday construido por el fabricante de instrumentos francés Hippolyte Pixii en 1832. Pixii luego agregó un conmutador a su dispositivo para producir la (entonces) corriente continua más comúnmente utilizada. La primera aplicación práctica registrada de la corriente alterna es de Guillaume Duchenne, inventor y desarrollador de la electroterapia. En 1855, anunció que la CA era superior a la corriente continua para la activación electroterapéutica de las contracciones musculares. La tecnología de corriente alterna fue desarrollada aún más por la empresa húngara Ganz Works (década de 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 en el que 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 estaban conectados a una o varias 'velas eléctricas' (lámparas de arco) de su propio diseño, utilizadas para evitar que la falla de una lámpara inutilice todo el circuito. En 1878, la fábrica de Ganz, Budapest, Hungría, comenzó a fabricar equipos para iluminación eléctrica y, en 1883, había instalado más de cincuenta sistemas en Austria-Hungría. Sus sistemas de CA usaban lámparas de arco e incandescentes, generadores y otros equipos.

Transformadores

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 en voltajes bajos pero la transmisión, posiblemente a grandes distancias, en alto voltaje, con ahorros en el costo de los conductores y 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 primeras bobinas de inducción con circuitos magnéticos abiertos son ineficientes para transferir energía a las cargas. Hasta alrededor de 1880, el paradigma para la transmisión de energía de CA desde un suministro de alto voltaje a una carga de bajo voltaje era un circuito en serie. 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 mientras se presentaba un bajo voltaje a las lámparas. El defecto inherente de este método era que apagar una sola lámpara (u otro dispositivo eléctrico) afectaba 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 desviar el flujo magnético alrededor de una parte de una bobina.Los sistemas de corriente continua no tenían estos inconvenientes, lo que les otorga ventajas significativas sobre los primeros sistemas de CA.

Pioneros

En el otoño de 1884, Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y Miksa Déri (ZBD), tres ingenieros asociados con Ganz Works de Budapest, determinaron que los dispositivos de núcleo abierto no eran prácticos, ya que eran incapaces de regular el voltaje de manera confiable. En sus solicitudes de patente conjuntas de 1885 para transformadores novedosos (más tarde llamados transformadores ZBD), describieron dos diseños con circuitos magnéticos cerrados donde los devanados de cobre estaban enrollados alrededor de un núcleo anular de alambres de hierro o rodeados por un núcleo de alambres de hierro. En ambos diseños, el flujo magnético que une los devanados primario y secundario viajó casi por completo dentro de los límites del núcleo de hierro, sin un camino intencional a través del aire (ver núcleos toroidales). Los nuevos transformadores eran 3,4 veces más eficientes que los dispositivos bipolares de núcleo abierto de Gaulard y Gibbs.La fábrica de Ganz en 1884 envió los primeros cinco transformadores de CA de alta eficiencia del mundo. Esta primera unidad había sido fabricada con las siguientes especificaciones: 1.400 W, 40 Hz, 120:72 V, 11,6:19,4 A, relación 1,67:1, monofásico, forma de carcasa.

Las patentes de ZBD incluían otras dos importantes innovaciones interrelacionadas: una relativa al uso de cargas de utilización conectadas en paralelo, en lugar de conectadas en serie, la otra relativa a la capacidad de tener transformadores de alta relación de espiras de modo que la tensión de la red de suministro podría ser mucho mayor (inicialmente 1400 V a 2000 V) que el voltaje de las cargas de utilización (inicialmente se prefiere 100 V). Cuando se emplearon en sistemas de distribución eléctrica conectados en paralelo, los transformadores de núcleo cerrado finalmente hicieron que fuera técnica y económicamente factible proporcionar energía eléctrica para la iluminación de hogares, empresas y espacios públicos. Bláthy había sugerido el uso de núcleos cerrados, Zipernowsky había sugerido el uso de conexiones paralelas en derivación y Déri había realizado los experimentos; El otro hito esencial fue la introducción de los "sistemas de fuente de voltaje, voltaje intensivo" (VSVI) mediante la invención de los generadores de voltaje constante en 1885. A principios de 1885, los tres ingenieros también eliminaron el problema de las pérdidas por corrientes parásitas con la invención del laminación de núcleos electromagnéticos. Ottó Bláthy también inventó el primer medidor de electricidad de CA.

El sistema de alimentación de CA se desarrolló y adoptó rápidamente después de 1886 debido a su capacidad para distribuir electricidad de manera eficiente a largas distancias, superando las limitaciones del sistema de corriente continua. En 1886, los ingenieros de ZBD diseñaron la primera central eléctrica del mundo que utilizaba generadores de corriente alterna para alimentar una red eléctrica común conectada en paralelo, la central eléctrica de vapor Rome-Cerchi. La confiabilidad de la tecnología AC recibió impulso después de que Ganz Works electrificara una gran metrópolis europea: Roma en 1886.

En el Reino Unido, Sebastian de Ferranti, que había estado desarrollando transformadores y generadores de CA en Londres desde 1882, rediseñó el sistema de CA en la central eléctrica de Grosvenor Gallery en 1886 para London Electric Supply Corporation (LESCo), incluidos alternadores de su propio diseño y transformadores. diseños similares a Gaulard y Gibbs. En 1890, diseñó su central eléctrica en Deptford y convirtió la estación Grosvenor Gallery al otro lado del Támesis en una subestación eléctrica, mostrando la manera de integrar plantas más antiguas en un sistema de suministro de CA universal.

En los EE. UU., 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. Stanley también trabajó en la ingeniería y la 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 difusión de Westinghouse y otros sistemas de CA provocó un retroceso a fines de 1887 por parte de Thomas Edison (un defensor de corriente continua) que intentó desacreditar la corriente alterna como demasiado peligrosa en una campaña pública llamada "guerra de las corrientes". En 1888, los sistemas de corriente alterna adquirieron mayor viabilidad con la introducción de un motor de CA funcional, algo de lo que carecían estos sistemas hasta entonces. El diseño, un motor de inducción, fue inventado de forma independiente por Galileo Ferraris y Nikola Tesla (con el diseño de Tesla con licencia de Westinghouse en los EE. UU.). Este diseño fue desarrollado aún más en la forma trifásica práctica moderna por Mikhail Dolivo-Dobrovolsky, Charles Eugene Lancelot Brown.y Jonas Wenström.

La Planta de Generación Hidroeléctrica Ames y la Planta de Energía Adams original de las Cataratas del Niágara estuvieron entre las primeras plantas de energía hidroeléctrica de corriente alterna. La primera transmisión a larga distancia de electricidad monofásica fue desde una planta generadora hidroeléctrica en Willamette Falls, Oregón, que en 1890 envió energía 14 millas río abajo hasta el centro de Portland para el alumbrado público. En 1891, se instaló un segundo sistema de transmisión en Telluride Colorado.El Generador del Cañón de San Antonio fue la tercera central hidroeléctrica de CA monofásica comercial en los Estados Unidos en proporcionar electricidad a larga distancia. Fue completado el 31 de diciembre de 1892 por Almarian William Decker para proporcionar energía a la ciudad de Pomona, California, que estaba a 14 millas de distancia. En 1893, diseñó la primera central eléctrica trifásica comercial en los Estados Unidos que utiliza corriente alterna: la hidroeléctrica Mill Creek No. 1 Hydroelectric Plant cerca de Redlands, California. El diseño de Decker incorporó transmisión trifásica de 10 kV y estableció los estándares para el sistema completo de generación, transmisión y motores que se usa en la actualidad. La central hidroeléctrica de 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 fabricados e instalados por la empresa húngara Ganz. La línea de transmisión desde la central eléctrica hasta la ciudad de Šibenik tenía 11,5 kilómetros (7,1 millas) de largo sobre torres de madera, y la red de distribución municipal de 3000 V/110 V incluía seis estaciones transformadoras. La teoría del circuito de corriente alterna se desarrolló rápidamente en la última parte del siglo XIX y principios del XX. Los contribuyentes notables a la base teórica de los cálculos de corriente alterna incluyen a Charles Steinmetz, Oliver Heaviside y muchos otros. La teoría del circuito de corriente alterna se desarrolló rápidamente en la última parte del siglo XIX y principios del XX. Los contribuyentes notables a la base teórica de los cálculos de corriente alterna incluyen a Charles Steinmetz, Oliver Heaviside y muchos otros. La teoría del circuito de corriente alterna se desarrolló rápidamente en la última parte del siglo XIX y principios del XX. Los contribuyentes notables a la base teórica de los cálculos de corriente alterna incluyen a Charles Steinmetz, Oliver Heaviside y muchos otros.Los cálculos en sistemas trifásicos desequilibrados fueron simplificados por los métodos de componentes simétricos discutidos por Charles Legeyt Fortescue en 1918.

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