Generador corriente alterna- ¿lo que es? Se trata de una máquina eléctrica que convierte la energía de la interacción mecánica en electricidad. ¿Como funciona? La ley de la inducción electromagnética es fundamental en los principios de funcionamiento de un dispositivo como un alternador. Como se sabe por las leyes del electromagnetismo, una fuerza electromotriz (EMF) se puede inducir (crear) sólo en unos pocos casos: cuando cambian los parámetros del flujo magnético alrededor del propio conductor o cuando el conductor se mueve en campos magnéticos. Un campo magnético es un medio material que sólo puede detectarse empíricamente ( empíricamente). Es decir, identificar la presencia o ausencia de dicho campo de fuerza en su área. posible acción es necesario introducir un conductor con corriente o un cuerpo magnetizado.

Características del generador

En un dispositivo como un alternador, la parte principal está ocupada por un electroimán. Consta de un núcleo ferrimagnético y una bobina y está diseñado para formar un flujo magnético. Hay una serie de requisitos básicos que se aplican a este tipo de máquinas: un rango de rotación de 50 a 12.000 revoluciones por minuto, el rango de potencia más amplio posible (de varios vatios a cientos de megavatios), peso y dimensiones mínimos, alta confiabilidad y rendimiento.

Alternador trifásico

Por lo general, una máquina de este tipo es síncrona. Su principal tarea es convertir cualquier tipo de energía en electricidad. Tradicionalmente, se trata de energía mecánica. ¿Por qué un alternador se llama síncrono? Se trata de una máquina sin escobillas en la que la velocidad de rotación es constante y a una frecuencia determinada está determinada por el número de polos. El alternador se ha generalizado mucho en la industria manufacturera y en el transporte ferroviario. Es gracias al sincronismo de rotación que se utiliza en tramos frigoríficos y locomotoras diésel.

Alternador: dispositivo y principios básicos de funcionamiento.

Si gira el rotor y el inductor, entonces la EMF comenzará a inducirse en los devanados del estator. Es este fenómeno el que constituye la base para el funcionamiento de máquinas tanto trifásicas como monofásicas. Debido a su aplicación más amplia en las locomotoras diésel, el motor principal de estos generadores síncronos de tracción puede ser incluso diésel (motor de combustión interna). La parte fija del alternador es el estator, que consta de un núcleo y una carcasa.

Se inserta un devanado en las ranuras del estator, por lo que se induce una FEM. El núcleo está fabricado a partir de chapas prensadas de acero eléctrico especial. El rotor es un eje sobre el que se fijan los núcleos de los polos del generador. Hay polos brillantes y débiles. El devanado está hecho de cables de cobre, generalmente redondo o rectangular. Los extremos del devanado conducen a anillos colectores. Con la ayuda de escobillas instaladas en los portaescobillas, que se presionan contra las superficies de contacto mediante resortes, se recoge la corriente. Teniendo en cuenta el diseño simple, es muy posible hacer un alternador con sus propias manos. Su principio de funcionamiento es extremadamente sencillo. El rotor es girado por un motor. El campo magnético del rotor gira con él. Es según este principio que funciona el alternador.

Historia

Los sistemas que producen corriente alterna se conocen en forma sencilla desde el descubrimiento de la inducción magnética de la corriente eléctrica. Las primeras máquinas fueron diseñadas por pioneros como Michael Faraday e Hippolyte Pixie.

Faraday desarrolló un "triángulo giratorio", cuya acción fue multipolar- cada conductor activo pasó secuencialmente a través del área donde estaba el campo magnético en direcciones opuestas. La primera demostración pública del "sistema de alternador" más potente tuvo lugar en 1886. El electricista británico James Edward Henry Gordon construyó un gran alternador bifásico en 1882. Lord Kelvin y Sebastian Ferranti también desarrollaron uno de los primeros alternadores que producía frecuencias entre 100 y 300 hercios. En 1891, Nikola Tesla patentó un práctico alternador de "alta frecuencia" (que funcionaba a una frecuencia de unos 15.000 hercios). Después de 1891, se introdujeron los alternadores polifásicos.

El principio de funcionamiento del generador se basa en la acción de la inducción electromagnética: la aparición de voltaje eléctrico en el devanado del estator, ubicado en un campo magnético alterno. Se crea con la ayuda de un electroimán-rotor giratorio cuando una corriente continua pasa a través de su devanado. El voltaje CA se convierte en CC mediante un rectificador semiconductor.

alternador de coche

Alternador automotriz. Se quitó la correa de transmisión.

El alternador se utiliza en vehículos modernos para cargar la batería y alimentar el sistema eléctrico del vehículo. Los alternadores no utilizan conmutador, lo cual es una gran ventaja sobre los generadores. corriente continua: son más sencillos, ligeros y económicos. Los alternadores automotrices utilizan un conjunto de rectificadores (puente de diodos) para convertir CA en CC. Para producir corriente continua con baja ondulación, alternadores automotrices AC tiene bobinado trifásico y un rectificador trifásico.

Los alternadores de automóviles modernos tienen un regulador de voltaje incorporado. Anteriormente, solo se instalaban reguladores de voltaje de tipo analógico. Actualmente, los reguladores de relé han cambiado a un canal digital, el llamado bus CAN.

Alternadores marinos

Alternadores marinos en yates con adecuada adaptación al ambiente de agua salada.

Alternadores sin escobillas

El generador sin escobillas consta de dos generadores en un eje. Los pequeños generadores sin escobillas pueden parecer una sola unidad, pero las dos partes se identifican fácilmente en grandes generadores. La parte mayor de los dos es el generador principal y la más pequeña es el excitador. El excitador tiene bobinas de campo estacionarias y una armadura giratoria (bobinas de potencia). El oscilador principal utiliza configuraciones opuestas con un campo giratorio y bobinas estacionarias. El puente rectificador (rectificador rotativo) está montado sobre una placa unida al rotor. No se utilizan cepillos ni anillos colectores, lo que reduce el número de piezas de desgaste.

generador de inducción

A diferencia de otros generadores, el funcionamiento de un generador de inducción se basa no en un campo magnético giratorio, sino pulsante, es decir, el campo cambia no en función del desplazamiento, sino en función del tiempo, que en última instancia (inducción de EMF) da el mismo resultado.

El diseño de generadores de inducción implica la colocación de un campo constante y bobinas para inducir campos electromagnéticos en el estator, mientras que el rotor permanece libre de devanados, pero necesariamente tiene forma dentada, ya que todo el funcionamiento del generador se basa en armónicos dentados. del rotor.

Generadores para pequeña generación de energía.

Para potencias hasta 100 kW aplicación amplia Se encontraron generadores monofásicos y trifásicos con excitación de imanes permanentes. El uso de imanes permanentes de neodimio, hierro y boro de alta energía permitió simplificar el diseño y reducir significativamente el tamaño y el peso de los generadores, lo cual es fundamental para la energía eólica pequeña.

Diseño de alternador

En el muy caso general, el alternador trifásico más utilizado consta de un rotor de polos salientes con un par de polos (generadores giratorios de baja potencia) o 2 pares de ellos situados en forma transversal (los generadores más comunes con potencias de hasta varios cientos de kilovatios). no sólo permite un uso más racional del material, sino que también para una frecuencia AC industrial de 50 Hz, da una velocidad de funcionamiento del rotor de 1500 rpm, lo que concuerda bien con la velocidad de tracción de los motores diésel de esta potencia), así como un estator con 3 (en el primer caso) o 6 (en el segundo) devanados de potencia y polos. El voltaje de los devanados de potencia es el que se suministra al consumidor.

El rotor se puede fabricar con imanes permanentes solo para generadores de muy baja potencia; en todos los demás casos tiene el llamado devanado. devanados de excitación, es decir, es un electroimán de CC, accionado en un rotor giratorio a través de un conjunto de colector de escobillas con contactos de anillo simples, más resistente al desgaste que un colector laminar partido de las máquinas de CC.

En cualquier alternador potente con un devanado de excitación en el rotor, surge inevitablemente la pregunta: ¿cuánta corriente de excitación se debe aplicar a la bobina? Después de todo, el voltaje de salida de dicho generador depende de esto. Y este voltaje debe mantenerse dentro de ciertos límites, por ejemplo, 380 voltios, independientemente de la corriente en el circuito del consumidor, un valor significativo del cual también puede reducir significativamente el voltaje de salida del generador. Además, la carga de fase puede ser generalmente muy desigual.

Este problema se resuelve en los generadores modernos, por regla general, introduciendo transformadores de corriente electromagnética en los circuitos de salida de las fases del generador, conectados por los devanados secundarios con un triángulo o una estrella, y dando en la salida una corriente trifásica alterna. voltaje con una amplitud de unidad (decenas de voltios, estrictamente proporcional y de fase coincidente con la magnitud de la carga de fase del generador de corriente) cuanto mayor sea la corriente consumida en este momento en una fase determinada, mayor será el voltaje en la salida del correspondiente fase del transformador de corriente correspondiente. Con ello se consigue un efecto estabilizador y autorregulador. Luego, las tres fases de control de los devanados secundarios de los transformadores de corriente se conectan a un rectificador trifásico convencional de 6 diodos semiconductores, y en su salida se obtiene una corriente continua del valor deseado, que se suministra al devanado de excitación del rotor a través del conjunto colector de escobillas. El circuito se puede complementar con un nodo reóstato para tener cierta libertad a la hora de regular la corriente de excitación.

En generadores obsoletos o de baja potencia, en lugar de transformadores de corriente, se utilizó un sistema de potentes reóstatos, con el aislamiento de la corriente de excitación operativa cambiando la caída de voltaje a través de la resistencia cuando cambia la corriente a través de ella. Estos esquemas eran menos precisos y mucho menos económicos.

En ambos casos, existe el problema de la aparición de un voltaje inicial en los devanados de potencia del generador en el momento en que comienza a funcionar; de hecho, si aún no hay excitación, entonces no hay de dónde venir la corriente. Los devanados secundarios de los transformadores de corriente. El problema, sin embargo, se resuelve por el hecho de que el hierro del yugo del rotor tiene cierta capacidad de remanencia, esta magnetización residual es suficiente para excitar una tensión de varios voltios en los devanados de potencia, suficiente para que el generador se autoexcite y alcance sus características de funcionamiento.

En los generadores con autoexcitación, un peligro grave es el suministro accidental de tensión externa desde una red eléctrica industrial a los devanados de potencia del estator. Aunque esto no tiene consecuencias negativas para los devanados del generador, un potente campo magnético alterno de la red externa desmagnetiza efectivamente el estator, como resultado de lo cual el generador pierde su capacidad de autoexcitación. En este caso, se requiere un voltaje de excitación inicial de alguna fuente externa, por ejemplo, Batería de coche A veces, este procedimiento cura completamente el estator, pero en algunos casos la necesidad de excitación externa permanece para siempre.

alternador principal

El generador principal consta de un rotor campo magnético, como se mencionó anteriormente, y accesorios fijos (devanados del generador)

carros híbridos

ver también

Enlaces

• Alternadores. Publicación integrada (TPub.com).
• Alternador de madera de bajas revoluciones. Campo de fuerza, Fort Collins, Colorado, Estados Unidos.

Un generador síncrono es una máquina (mecanismo) de corriente alterna que convierte un determinado tipo de energía en electricidad. Dichos dispositivos incluyen máquinas electrostáticas, celdas galvánicas, baterías solares, termobaterías, etc. El uso de cada tipo de dispositivos enumerados está determinado por sus características técnicas.

Área de aplicación

Las unidades síncronas se utilizan como fuentes de electricidad de CA: se utilizan en potentes centrales térmicas, hidroeléctricas y nucleares, en centrales eléctricas móviles y sistemas de transporte (automóviles, aviones, locomotoras diésel). Una unidad síncrona es capaz de funcionar de forma autónoma, como un generador que alimenta cualquier carga conectada a ella, o en paralelo con la red, otros generadores están conectados a ella.

Una unidad síncrona puede encender dispositivos en lugares donde no hay energía central redes electricas. Estos dispositivos se pueden utilizar en granjas ubicadas lejos de los asentamientos.

Descripción del dispositivo

El dispositivo de un generador síncrono se debe a la presencia de elementos tales como:

• Rotor o inductor (móvil, giratorio), que incluye un devanado de excitación.
• Un ancla o estator (inmóvil), en el que se incluye el devanado.
• Bobinado unitario.
• Interruptor de bobina de estator.
• Rectificador.
• Varios cables.
• La estructura de la composición eléctrica.
• Maquina de soldar.
• Bobina del rotor.
• Fuente de alimentación CC regulada.

El generador síncrono funciona como generadores y motores. Puede pasar del régimen del generador al régimen del motor; depende de la acción de la fuerza de rotación o frenado del dispositivo. En el gráfico del generador entra energía mecánica y sale electricidad. En el diagrama de un motor, entra energía eléctrica y sale energía mecánica.

El dispositivo está conectado a un circuito de corriente alterna. diferente tipo resistencias no lineales. Los conjuntos síncronos son alternadores en centrales eléctricas y los motores síncronos se utilizan cuando se necesita un motor que funcione a una frecuencia de rotación constante.

El principio de funcionamiento de la unidad.

El funcionamiento de un generador síncrono se basa en el principio de inducción electromagnética. Durante el ralentí, la bobina del ancla (estator) está abierta, por lo que el campo magnético de la unidad está formado por un devanado del rotor. Cuando el rotor de un motor de alambre gira, tiene una frecuencia constante, el campo magnético del rotor se mueve a través de los conductores de los devanados de fase del estator e induce corrientes alternas repetitivas: fuerza electromotriz (EMF). La EMF es sinusoidal, no sinusoidal o pulsante.

El devanado de excitación está destinado a crear un campo magnético inicial en el generador para inducir una fuerza impulsora eléctrica en la bobina del inducido. Si la armadura de un generador síncrono es accionada por rotación a una cierta velocidad y luego excitada por una fuente de corriente continua, entonces el flujo de excitación pasa a través de los conductores de las bobinas del estator y se induce una FEM alterna en las fases de la bobina.

Dispositivo trifásico

tres fases generador síncrono- un dispositivo que tiene una estructura de corriente alterna trifásica, que tiene una distribución práctica enorme. Un electroimán giratorio es capaz de generar un flujo magnético (variable) que se mueve a través de las tres fases del devanado del estator existente. Y el resultado de esto es que en las fases se produce una FEM variable de la misma frecuencia, el cambio de fase se realiza en un ángulo igual a un tercio del período de rotación de los campos magnéticos.

Un generador síncrono trifásico está equipado de modo que la armadura de su eje es un electroimán y es accionado por un generador. Cuando gira el eje, por ejemplo, de una turbina, el generador suministra electricidad, mientras que el devanado del rotor se alimenta con la corriente suministrada. A partir de ahí, la armadura se convierte en un imán eléctrico y, al realizar revoluciones con el mismo eje, genera un campo electromagnético giratorio.

Gracias a los hidrogeneradores y turbogeneradores trifásicos síncronos se produce la mayor parte de la electricidad. Las unidades síncronas también se utilizan como motores eléctricos en dispositivos cuya potencia supera los 50 kW. Durante el funcionamiento de la unidad síncrona en el gráfico del motor, el propio rotor está conectado a una fuente de corriente continua, mientras que el estator está conectado a un cable trifásico.

estructuras de excitación

Cualquier turbo, hidro, generadores diesel, compensadores síncronos, los motores que se producen actualmente están equipados con las últimas estructuras semiconductoras, como la excitación de los generadores síncronos. En estas estructuras se utiliza el método de rectificar corrientes alternas trifásicas de excitadores de alta frecuencia o industrial o el voltaje de la unidad excitada.

El dispositivo del generador es tal que las estructuras de excitación pueden proporcionar parámetros operativos de la unidad tales como:

• La primera etapa de excitación, es decir, la inicial.
• Trabajo inactivo.
• Conexión a la red mediante sincronización exacta o autosincronización.
• Trabajar en la estructura energética con cargas o sobrecargas existentes.
• La excitación de dispositivos síncronos se puede forzar según criterios tales como tensión y corriente, que tengan una multiplicidad determinada.
• Dispositivo de frenado eléctrico.

Diseño de generador

Actualmente se producen muchos tipos de dispositivos de inducción, pero el dispositivo generador está diseñado para que contengan las mismas partes:

• Un electroimán o imán permanente que produce un campo magnético.
• Devanado con fem variable inducida.

Para obtener el máximo flujo magnético, todos los generadores utilizan una estructura magnética especial, que consta de dos núcleos de acero.

Los devanados que crean un campo magnético se instalan en las ranuras de uno de los núcleos y los devanados inducidos por EMF se instalan en las ranuras del otro. Uno de los núcleos, el interno, interactúa con su devanado y gira alrededor de una varilla horizontal o vertical. Una varilla de este tipo se llama rotor. Un núcleo inamovible con un devanado se llama armadura (estator).

Características del dispositivo

Para evaluar el funcionamiento de los generadores síncronos se aplican las mismas características que para los generadores de CC. Sólo algunas condiciones difieren y se complementan.

Las principales características de un generador síncrono son:

• inactivo es dependencia de los campos electromagnéticos dispositivo de corrientes de excitación, al mismo tiempo es un indicador de la magnetización de los circuitos magnéticos de la máquina.
• La característica externa es la dependencia del voltaje del dispositivo de las corrientes de carga. El voltaje de la unidad varía de diferentes maneras dependiendo del aumento de carga con sus distintos tipos. Las razones de estos cambios son las siguientes:

1. La caída de voltaje a través de la resistencia inductiva y activa de los devanados del dispositivo. Aumenta a medida que aumenta la carga del dispositivo, es decir, su corriente.
2. Cambio en la FEM de la unidad. Ocurre dependiendo de la reacción del estator. Con cargas activas, la caída de voltaje será causada por una caída de voltaje en todos los devanados, porque la reacción del estator implica un aumento en la fem del generador. En los tipos de carga activo-capacitivo, el efecto de magnetización provoca un aumento del valor de la tensión actual en comparación con el valor nominal.

• Las características de ajuste de un generador síncrono son la dependencia de las corrientes de excitación de las corrientes de carga. Durante el funcionamiento de unidades síncronas, es necesario mantener una tensión constante en sus terminales, independientemente de la naturaleza y magnitud de las cargas. Esto es fácil de lograr si regula la EMF del generador. Esto se puede hacer cambiando las corrientes de excitación automáticamente dependiendo de los cambios en las cargas, es decir, cuando carga activa-capacitiva es necesario reducir la corriente de excitación para mantener Voltaje constante, y con activo-inductivo y activo - aumento.

La potencia de un generador síncrono está determinada por los siguientes valores:

• Tensión de red adecuada.
• Tu campo electromagnético.
• ángulo de medición.

aparato de aire acondicionado

Un alternador síncrono es una máquina eléctrica que convierte la energía rotacional mecánica en energía eléctrica de corriente alterna. Se instalan potentes generadores de tales corrientes:

• turbogenerador hidrogenerador - en centrales eléctricas;
• Dispositivos de CA de potencia relativamente baja: en sistemas de suministro de energía autónomos (centrales eléctricas de turbinas de gas, centrales eléctricas diésel) y en convertidores de frecuencia(motor-generador).

Actualmente, se producen muchos tipos de dispositivos de este tipo, pero todos tienen dispositivo general elementos principales:

• ancla (estator) - fija;
• Rotor que gira alrededor de un eje.

En los generadores industriales de gran tamaño, gira un electroimán, que es un rotor. Al mismo tiempo, los devanados con EMF inducida colocados en las ranuras del estator permanecen inmóviles.

En dispositivos como un generador síncrono de baja potencia, el campo magnético es generado por un imán permanente giratorio.

Tipos de unidades síncronas

Existen los siguientes tipos de generadores síncronos:

1. Hidro: en él el rotor tiene una diferencia debido a la presencia de polos pronunciados, se utiliza en la producción de electricidad y funciona a bajas velocidades.
2. Turbo: tiene diferencias en la estructura de polos implícita del generador, producido a partir de turbinas. diferente tipo, la velocidad de revoluciones es bastante alta, alcanza unas 6000 revoluciones por minuto.
3. Compensador síncrono: esta unidad suministra energía reactiva y se utiliza para mejorar la calidad de la electricidad con el fin de estabilizar el voltaje.
4. Unidad de potencia dual asíncrona: un dispositivo generador de este tipo consiste en el hecho de que en él están conectados los devanados del rotor y del estator de un proveedor de corriente con diferentes frecuencias. Se crea un horario de trabajo asincrónico. También se distingue por la estabilidad del horario de trabajo y por el hecho de que convierte diferentes corrientes de fase y se utiliza para resolver problemas con una especialización limitada.
5. Unidad de impacto bipolar: funciona en un horario de cortocircuito, actúa por un corto tiempo, en milisegundos. También prueba dispositivos de alto voltaje.

Variedades de agregados.

El generador (motor) síncrono se divide en varios modelos que están diseñados para una variedad de propósitos:

• Paso (pulso): se utiliza para accionar mecanismos con un ciclo de arranque y parada o dispositivos de movimiento continuo con una señal de control de pulso (medidores, unidades de cinta, unidades de máquinas herramienta CNC, etc.).
• Gearless: para uso en sistemas autónomos.
• Sin contacto: se utilizan para funcionar como centrales eléctricas en barcos de la flota marítima y fluvial.
• Histéresis: utilizada para contadores de tiempo, accionamientos eléctricos inerciales y en sistemas de control automático;
• Motores inductores - para el suministro de instalaciones eléctricas.

Separación por tipo de rotor

Según el tipo de dispositivo rotor, el dispositivo generador se divide en:

• Polo explícito: con polos sobresalientes o pronunciados. Estos rotores se utilizan en generadores de funcionamiento silencioso, en los que la velocidad de rotación no supera las 1000 rpm.
• Un polo implícito es un rotor con forma de cilindro que no tiene polos sobresalientes. Estos anclajes son bipolares y tetrapolares.

En el primer caso, el rotor consta de una cruz sobre la que se fijan los núcleos de los polos o el devanado de excitación. En segundo lugar, unidades de alta velocidad con una velocidad de 1500 o 3000. El rotor tiene la forma de un cilindro de acero de bastante alta calidad con ranuras, en ellas se instala un devanado de excitación, que consta de devanados separados de varios anchos.

Alternador de inducción. En los alternadores de inducción la energía mecánica se convierte en energía eléctrica. Un generador de inducción consta de dos partes: una parte móvil llamada rotor y una parte fija llamada estator. El funcionamiento del generador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Los generadores de inducción tienen un dispositivo relativamente simple y permiten obtener grandes corrientes a un voltaje suficientemente alto. Actualmente existen muchos tipos de generadores de inducción, pero todos constan de las mismas piezas básicas. Se trata, en primer lugar, de un electroimán o imán permanente que crea un campo magnético y, en segundo lugar, de un devanado que consta de espiras conectadas en serie en las que se induce una variable. fuerza electromotriz. Dado que las fuerzas electromotrices inducidas en las espiras conectadas en serie se suman, la amplitud de la fuerza electromotriz de inducción en el devanado es proporcional al número de espiras en el mismo.

Arroz. 6.9

El número de líneas de campo que penetran en cada turno cambia continuamente desde un valor máximo cuando se ubica a través del campo, hasta cero cuando líneas de fuerza deslizarse a lo largo del giro. Como resultado, cuando la bobina gira entre los polos del imán, la dirección de la corriente cambia al opuesto cada media vuelta y aparece una corriente alterna en la bobina. La corriente se desvía al circuito externo mediante contactos deslizantes. Para ello, en el eje del devanado se fijan anillos de contacto fijados en los extremos del devanado. Las placas fijas (cepillos) se presionan contra los anillos y conectan el devanado con el circuito externo (Fig. 6.9).

Deje que una bobina de alambre gire en un campo magnético uniforme con una velocidad angular constante. El flujo magnético que penetra en la bobina cambia según la ley, aquí S es el área del bucle. Según la ley de Faraday, en el devanado se induce una fuerza electromotriz de inducción, que se determina de la siguiente manera:

Dónde norte es el número de vueltas del devanado. Por tanto, la fuerza electromotriz de inducción en el devanado cambia según una ley sinusoidal y es proporcional al número de vueltas del devanado y a la frecuencia de rotación.

En el experimento con un devanado giratorio, el estator es un imán y contactos entre los cuales se coloca el devanado. En los grandes generadores industriales, gira un electroimán, que es un rotor, mientras que los devanados en los que se induce la fuerza electromotriz se colocan en las ranuras del estator y permanecen estacionarios. En las centrales térmicas se utilizan turbinas de vapor para hacer girar el rotor. Las turbinas, a su vez, son impulsadas por chorros de vapor de agua que se obtienen en enormes calderas de vapor quemando carbón o gas (centrales térmicas) o materia en descomposición (centrales nucleares). Las centrales hidroeléctricas utilizan turbinas hidráulicas para hacer girar el rotor, que giran gracias al agua que cae desde gran altura.

Los generadores eléctricos juegan un papel vital en el desarrollo de nuestra civilización tecnológica, ya que nos permiten obtener energía de un lugar y utilizarla en otro. Una máquina de vapor, por ejemplo, puede convertir la energía de la combustión del carbón en trabajo útil, pero esta energía sólo puede utilizarse donde están instalados un horno de carbón y una caldera de vapor. La central eléctrica, por el contrario, puede estar situada muy lejos de los consumidores de electricidad y, sin embargo, abastecer con ella a fábricas, casas, etc.

Se dice (lo más probable es que sea solo un hermoso cuento de hadas) que Faraday le mostró un prototipo de generador eléctrico a John Peel, Ministro de Hacienda de Gran Bretaña, y este le preguntó al científico: “Bueno, señor Faraday, Todo esto es muy interesante, pero ¿para qué sirve todo esto?”.

"¿Cuál es el punto de? Faraday supuestamente estaba sorprendido. “¿Sabe, señor, cuántos impuestos esto eventualmente traerá al tesoro?”

Transformador.

Transformador. La fuerza electromotriz de los potentes generadores de las centrales eléctricas es grande, mientras que el uso práctico de la electricidad no suele requerir mucho Alto voltaje, y la transferencia de energía, por el contrario, es muy elevada.

Para reducir las pérdidas por calentamiento de los cables, es necesario reducir la corriente en la línea de transmisión y, en consecuencia, aumentar el voltaje para ahorrar energía. El voltaje generado por los generadores (generalmente alrededor de 20 kV) se incrementa a 75 kV, 500 kV e incluso 1,15 MV, dependiendo de la longitud de la línea de transmisión. Aumentar el voltaje de 20 a 500 kV, es decir, 25 veces, reduce las pérdidas de línea en 625 veces.

La conversión de corriente alterna de una determinada frecuencia, en la que el voltaje aumenta o disminuye varias veces sin prácticamente ninguna pérdida de potencia, se lleva a cabo mediante un dispositivo electromagnético que no tiene partes móviles: un transformador eléctrico. El transformador es un elemento importante de muchos aparatos y mecanismos eléctricos. Cargadores y juguetes vias ferreas, radios y televisores: en todas partes funcionan transformadores que reducen o aumentan el voltaje. Entre ellos hay muy pequeños, no más que un guisante, y verdaderos colosos que pesan cientos de toneladas o más.

Arroz. 6.10

El transformador consta de un circuito magnético, que es un conjunto de placas, que suelen estar hechas de un material ferromagnético (figura 6.10). Hay dos devanados en el circuito magnético: primario y secundario. El de los devanados que está conectado a la fuente. voltaje de corriente alterna, se llama primario, y aquel al que está conectada la “carga”, es decir, los dispositivos que consumen electricidad, se llama secundario. Un ferroimán aumenta el número de líneas de campo magnético en un factor de aproximadamente 10.000 y localiza el flujo de inducción magnética dentro de sí mismo, por lo que los devanados de un transformador pueden separarse espacialmente y, sin embargo, permanecer acoplados inductivamente.

La acción del transformador se basa en los fenómenos de inducción mutua y autoinducción. La inducción entre los devanados primario y secundario es mutua, es decir, la corriente que fluye en el devanado secundario induce una fuerza electromotriz en el primario, así como el devanado primario induce una fuerza electromotriz en el secundario. Además, desde los giros devanado primario cubren sus propias líneas de fuerza, surge en ellos una fuerza electromotriz de autoinducción. La fuerza electromotriz de autoinducción también se observa en el devanado secundario.

Deje que el devanado primario esté conectado a una fuente de corriente alterna con una fuerza electromotriz, por lo tanto, surge una corriente alterna en él, creando un flujo magnético alterno en el circuito magnético del transformador. ? , que se concentra dentro del núcleo magnético e impregna todas las vueltas de los devanados primario y secundario.

En ausencia de una carga externa, la potencia liberada en el transformador es cercana a cero, es decir, la intensidad de la corriente es cercana a cero. Aplique la ley de Ohm al circuito primario: la suma de la fuerza electromotriz de inducción y el voltaje en el circuito es igual al producto de la corriente y la resistencia. Suponiendo , podemos escribir: , por lo tanto, , Dónde F- el flujo que penetra en cada espira de la bobina primaria. En un transformador ideal, todas las líneas de fuerza pasan por todas las espiras de ambos devanados, y dado que el campo magnético cambiante genera la misma fuerza electromotriz en cada espira, la fuerza electromotriz total inducida en el devanado es proporcional al número total de sus espiras. . Por eso, .

La relación de transformación de voltaje es igual a la relación entre el voltaje en el circuito secundario y el voltaje en el circuito primario. Para los valores de amplitud de las tensiones en los devanados, podemos escribir:

Por tanto, la relación de transformación se define como la relación entre el número de vueltas devanado secundario al número de vueltas del devanado primario. Si es el coeficiente, el transformador será elevador, y si, reductor.

Las relaciones escritas anteriormente, estrictamente hablando, son aplicables sólo a un transformador ideal, en el que no hay fugas de flujo magnético y no hay pérdidas de energía por calor Joule. Estas pérdidas pueden estar asociadas con la presencia de resistencia activa de los propios devanados y la aparición de corrientes de inducción (corrientes de Foucault) en el núcleo.

Toki Fuko.

Toki Fuko. Las corrientes de inducción también pueden ocurrir en conductores sólidos. En este caso, se forma un circuito cerrado de corriente de inducción en el espesor del propio conductor cuando éste se mueve en un campo magnético o bajo la influencia de un campo magnético alterno. Estas corrientes llevan el nombre del físico francés J.B.L. Foucault, quien en 1855 descubrió el calentamiento de núcleos ferromagnéticos. Maquinas electricas y otros cuerpos metálicos en un campo magnético alterno y explicaron este efecto mediante la excitación de corrientes de inducción. Estas corrientes actualmente se denominan corrientes parásitas o corrientes de Foucault.

Si el núcleo de hierro está en un campo magnético alterno, entonces bajo la acción de un inductivo campo eléctrico Se inducen corrientes parásitas internas: corrientes de Foucault, que conducen a su calentamiento. Dado que la fuerza electromotriz de inducción es siempre proporcional a la frecuencia de oscilaciones del campo magnético y la resistencia de los conductores masivos es pequeña, entonces en alta frecuencia En los conductores, según la ley de Joule-Lenz, se liberará una gran cantidad de calor.

En muchos casos, las corrientes de Foucault son indeseables, por lo que se deben tomar medidas especiales para reducirlas. En particular, estas corrientes provocan el calentamiento de los núcleos ferromagnéticos de los transformadores y de las piezas metálicas de las máquinas eléctricas. Para reducir las pérdidas energía eléctrica Debido a la aparición de corrientes parásitas, los núcleos de los transformadores no están hechos de una pieza sólida de ferroimán, sino de placas de metal individuales aisladas entre sí por una capa dieléctrica.

Arroz. 6.11

Las corrientes de Foucault se utilizan ampliamente para fundir metales en los llamados hornos de inducción (fig. 6.11), para calentar y fundir piezas en bruto de metal y para obtener aleaciones y compuestos metálicos de alta pureza. Para hacer esto, se coloca una pieza de metal en un horno de inducción (un solenoide a través del cual pasa una corriente alterna). Luego, según la ley de la inducción electromagnética, surgen corrientes de inducción dentro del metal, que lo calientan y pueden fundirlo. Al crear un vacío en el horno y aplicar calentamiento por levitación (en este caso, las fuerzas del campo electromagnético no solo calientan el metal, sino que también lo mantienen suspendido fuera de contacto con la superficie de la cámara), se obtienen metales y aleaciones extra puros. .

Para la conversión varios tipos Para transformar la energía en energía eléctrica se utilizan dispositivos especiales. Uno de los mecanismos más sencillos es un generador de CC, que se puede comprar en cualquier tienda de electricidad o montar a mano.

Un generador de CC es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica para su uso posterior en un circuito externo. fuente energía mecánica en este caso, puede servir cualquier fuerza mecánica: la rotación de un mango especial, la conexión del motor al dispositivo. Cabe señalar que la gran mayoría de los apartamentos y casas dentro de los límites de cualquier ciudad se abastecen con la ayuda de estos generadores, solo de tipo industrial.

Foto - Generador de CC

Un generador de corriente eléctrica puede actuar de forma totalmente opuesta. La conversión inversa de energía eléctrica en energía mecánica se realiza mediante un motor eléctrico. Muchos motores están equipados con un accionamiento manual (mecánico) que, cuando conexión correcta puede convertir energía y redes en la dirección opuesta.

Principio de funcionamiento y dispositivo.

Un generador de CC consta de dos partes principales: un estator y un rotor. Otros detalles:

1. Vivienda: marco exterior del generador. A menudo están hechos de hierro fundido o acero. La carcasa proporciona resistencia mecánica a toda la estructura del generador (o motor eléctrico). También transmite el flujo magnético creado por los polos;
2. polos magnéticos. Están conectados al cuerpo con tornillos o pernos, se les coloca un devanado;
3. El estator, marco o yugo está hecho de aleaciones ferromagnéticas, en esta parte se instala una bobina de excitación. Los núcleos están equipados con polos que ayudan a determinar la dirección del flujo de partículas cargadas. Son las puntas magnéticas las que forman el campo magnético necesario para el funcionamiento del dispositivo;
4. Rotor: armadura del generador. El núcleo se ensambla a partir de placas de acero separadas, lo que ayuda a aumentar la eficiencia del generador y reducir la formación de corrientes parásitas. Al instalar las placas, se forman cavidades en las que se enrolla el devanado del inducido o el devanado de autoexcitación;
5. Interruptor y cepillos. Los cepillos están hechos de grafito, mientras que en el generador hay al menos dos. Puede averiguar la cantidad de cepillos contando los polos; este indicador es idéntico.

Foto - diseño de armadura de generador permanente

Para conectar los cables del circuito se utilizan placas colectoras, están hechas de cobre, conocido como un excelente conductor de señales eléctricas.

El principio de funcionamiento de un generador de CC se basa en la fórmula:

Según él, cuando un conductor se mueve en un campo magnético (lo que permite que las líneas de fuerza magnéticas se acorten), se produce dinámicamente una inducción EMF en el conductor. La cantidad de EMF generada se puede obtener utilizando la ecuación del generador de CC.

Una de las funciones principales de un convertidor de CA es generar un EMF a CC. La dirección del EMF generado cambiará a través de cada conductor a través del cual pasa la energía a medida que gira el rotor. Con la ayuda de un interruptor, se forma un flujo constante de partículas cargadas en la salida del generador. La señal de salida entonces se ve así:

Foto - Señal de salida del generador de CC

Tipos

Existen tipos de generadores de CC: autoexcitados y que funcionan según el principio de encendido independiente (diagrama a continuación). Los métodos de excitación dependen del tipo de fuente de alimentación del dispositivo. Un generador eléctrico autoexcitado funciona con fuentes externas, puede ser una batería o un generador eólico. También sistema externo La excitación se implementa a menudo en imanes (principalmente en dispositivos con baja potencia, hasta varias decenas de vatios).

Foto - diagrama de un generador con conmutación independiente.

La excitación de un generador independiente se realiza mediante la alimentación desde el devanado del dispositivo. Estos dispositivos también se dividen en tipos:

1. Shunt o excitación paralela;
2. Secuencial.

Los primeros se distinguen por la conexión paralela del devanado del inducido con el devanado de excitación, los segundos, respectivamente, conexión en serie estos detalles.

reacción del ancla

Esto es algo bastante común cuando el generador está inactivo. Se caracteriza por la superposición de los campos magnéticos resultantes entre el estator y el rotor, lo que reduce el voltaje y reduce el campo magnético. Como resultado, la fuerza electromotriz del dispositivo cae, se observan interrupciones en el funcionamiento, el generador síncrono puede incluso sobrecalentarse o incendiarse debido a las chispas que aparecen por una fricción inadecuada de las escobillas.

Foto - polos del generador

Con este error, puedes hacer lo siguiente:

1. Compense el campo magnético con polos adicionales. Esto ayudará a hacer frente a la caída de esta característica en determinados puntos del circuito;
2. A menudo, la reparación se realiza simplemente cambiando las escobillas del conmutador.

Objetivo

A diferencia de los alternadores, los dispositivos con tipo permanente La electricidad necesita una fuente de alimentación ininterrumpida que dirija constantemente la corriente continua al devanado del inducido. Debido a esto, el alcance de estos dispositivos es bastante especializado y, por el momento, rara vez se utilizan en ningún lugar.

Foto: el principio de funcionamiento del generador.

A menudo se utilizan para propulsar vehículos eléctricos en las ciudades. Los generadores de CC también se utilizan para hacer funcionar un coche eléctrico, una motocicleta o como excitadores de barcos o inversores de soldadura. Se utilizan como motores de baja velocidad para molinos de viento.

El generador diésel de CC se puede utilizar como motor eléctrico para potentes máquinas industriales (tractor de tracción, cosechadora, etc.) y como tacogenerador. Al mismo tiempo, se requiere una potente unidad para controlar el tractor, que tiene especificaciones no son inferiores a los indicadores de 300 - 400 kW. Al mismo tiempo, el diésel también puede sustituir al gas.

Foto - dispositivo generador de automóvil

El generador DC tiene las siguientes características (el cálculo se realiza con n=const):

1. Ralentí E \u003d f (iv)
2. Fórmula para excitación secuencial U=f(yo)
3. Excitación en paralelo U=f(I)

El estudio muestra que las características se pueden calcular en base a n=0.

Puede encontrar indicadores estándar en el pasaporte del instrumento y, a menudo, se desvían en varios por ciento (un posible error también se indica en las instrucciones del generador). Los generadores caseros pueden tener excelente actuación De lo presentado, puede seleccionar los datos necesarios utilizando libros de referencia. Puedes comprobarlos midiendo los parámetros disponibles, hay diferentes caminos dependiendo del tipo de generador.

Ventajas del generador de CC:

1. A diferencia de un dispositivo de tipo variable, no pierde energía por histéresis ni por corrientes parásitas;
2. Puede trabajar en condiciones extremas;
3. Peso relativamente ligero y diseño pequeño;

Un dispositivo de este tipo también presenta desventajas. El principal es la necesidad de una fuente de alimentación externa. Pero a veces esta característica se utiliza como regulador de una máquina eléctrica.

Puede comprar generadores de CC en tiendas en línea, sitios de importación, así como en fábricas y mercados. La venta también se realiza a mano, pero no recomendamos utilizar usados. aparatos eléctricos. El costo depende del propósito y la potencia del dispositivo. El precio del 4GPEM varía entre 30 000 rublos y el del PM-45, de 60 000. Al comprar se debe realizar una presentación del trabajo.