Tipos de generadores eléctricos y los principios de su trabajo.

Un generador eléctrico es una máquina o instalación diseñada para convertir energía no eléctrica en energía eléctrica: energía mecánica en energía eléctrica, energía química en energía eléctrica, energía térmica en energía eléctrica, etc. Hoy, básicamente, cuando usamos la palabra "generador", nos referimos a un convertidor mecánico energía en energía eléctrica.

Puede ser un generador portátil de diesel o gasolina, un generador de planta de energía nuclear, un generador de automóvil, un generador casero de un motor eléctrico asíncrono o un generador de baja velocidad para una turbina eólica de baja potencia. Al final del artículo, consideraremos como ejemplo los dos generadores más comunes, pero primero, hablemos de los principios de su trabajo.

De una forma u otra, desde un punto de vista físico, el principio de funcionamiento de cada uno de los generadores mecánicos es uno y el mismo: fenómeno de inducción electromagnéticacuando, cuando el campo magnético cruza el conductor, surge la fem de inducción en este conductor. Las fuentes de la fuerza que conduce al movimiento mutuo del conductor y el campo magnético pueden ser varios procesos, sin embargo, como resultado, la fem y la corriente siempre deben obtenerse del generador para alimentar la carga.

El principio de funcionamiento del generador eléctrico - Ley Faraday

El principio del generador eléctrico fue descubierto en 1831 por el físico inglés Michael Faraday. Más tarde, este principio se llamó la ley de Faraday. Se basa en el hecho de que cuando el conductor cruza perpendicular al campo magnético, se produce una diferencia de potencial en los extremos de este conductor.

El primer generador fue construido por el propio Faraday de acuerdo con el principio que descubrió, era un "disco de Faraday", un generador unipolar en el que un disco de cobre giraba entre los polos de un imán en forma de herradura. El dispositivo produjo una corriente significativa con un ligero voltaje.

Más tarde se descubrió que los conductores aislados individuales en los generadores son mucho más eficientes desde un punto de vista práctico que un disco conductor sólido. Y en los generadores modernos, ahora se utilizan los devanados de alambre del estator (en el caso más simple, una bobina de alambre).

Alternador

La gran mayoría de los generadores modernos son alternadores síncronos. Tienen un ancla que se enrolla en el estator, desde donde se desvía la energía eléctrica generada. Se encuentra un devanado de excitación en el rotor, al que se suministra una corriente constante a través de un par de anillos de contacto para obtener un campo magnético giratorio de un rotor giratorio.

Debido al fenómeno de la inducción electromagnética, cuando el rotor gira desde un accionamiento externo (por ejemplo, desde un motor de combustión interna), su flujo magnético interseca cada una de las fases del devanado del estator, y por lo tanto induce una fem en ellos.

La mayoría de las veces hay tres fases, se desplazan físicamente ancladas entre sí en 120 grados, por lo que se obtiene una corriente sinusoidal trifásica. Las fases se pueden conectar en un patrón de "estrella" o "triángulo" para obtener tensión de red estándar.

La frecuencia del EMF sinusoidal f es proporcional a la velocidad del rotor: f = np / 60, donde - p es el número de pares de ventajas magnéticas del rotor, n es el número de revoluciones del rotor por minuto. Típicamente, la velocidad máxima del rotor es de 3000 rpm. Si conecta un rectificador trifásico a los devanados del estator de dicho generador síncrono, obtendrá un generador de corriente continua (esto, por cierto, funciona para todos los generadores de automóviles).

Generador síncrono de tres máquinas

Por supuesto, el generador síncrono clásico tiene un inconveniente grave: en el rotor hay anillos de contacto y cepillos adyacentes a ellos. Los cepillos producen chispas y se desgastan debido a la fricción y la erosión eléctrica. En una atmósfera explosiva esto no está permitido. Por lo tanto, en la aviación y en los generadores diesel, los generadores síncronos sin contacto, en particular los de tres máquinas, son más comunes.

Tres máquinas tienen tres máquinas en una carcasa: un preexcitador, un excitador y un generador, en un eje común. El preexcitador es un generador síncrono, se excita con imanes permanentes en el eje, el voltaje generado por él se suministra al devanado del estator del excitador.

El estator del patógeno actúa sobre el devanado del rotor conectado a un rectificador trifásico fijado a él, desde el cual se alimenta el devanado de excitación principal del generador. El generador genera corriente en su estator.

Generadores portátiles de gas, diesel y gasolina.

Hoy muy común en hogares generadores de diesel, gas y gasolinaque usan ICE como motor de combustión interna: un motor de combustión interna que transmite la rotación mecánica al rotor del generador.

Los generadores de combustible líquido tienen tanques de combustible, los generadores de gas necesitan suministrar combustible a través de una tubería, de modo que el gas se alimente al carburador, donde se convertirá en una parte integral de la mezcla de combustible.

En todos los casos, la mezcla de combustible se quema en el sistema de pistón, haciendo que el cigüeñal gire. Esto es similar al motor de un automóvil. El cigüeñal gira el rotor de un generador síncrono sin contacto (alternador).

Lo mejor generadores inversores de plantas de energía doméstica Tienen una batería incorporada para compensar las diferencias y un sistema de doble conversión, en tales dispositivos el voltaje alterno es más estable.

Generadores de automóviles

Otro ejemplo de un alternador, el tipo de generador más común en el mundo, generador de coche. Este generador tradicionalmente contiene un devanado de excitación con anillos deslizantes en el rotor y un devanado estator trifásico con un rectificador.

El regulador electrónico incorporado mantiene el voltaje dentro del rango aceptable para la batería de un automóvil. Un generador de automóvil es un generador de alta velocidad, sus velocidades pueden llegar a 9000 por minuto.

Aunque inicialmente la corriente resulta ser alterna (las puntas de los polos del rotor alternadas y en diferente polaridad se cruzan con las tres fases del devanado del estator con sus flujos magnéticos), luego se rectifica con diodos y se convierte en una constante adecuada para cargar la batería.

Diseños inusuales de generadores eléctricos:

Generadores de energía libre

El generador de motores súper eficiente de Robert Alexander

Generador de Marx (generador de voltaje de pulso)

Termogenerador Peltier

Nanogeneradores para dispositivos electrónicos en miniatura.