Generador- un dispositivo que convierte energía varios tipos a eléctrico. Los generadores producen corriente eléctrica. Ejemplos de generadores: celdas galvánicas, máquinas electrostáticas, paneles solares etc. Dependiendo de las características, se utilizan generadores. varios tipos.

Por ejemplo, utilizando máquinas electrostáticas, es posible crear un voltaje muy alto, pero la corriente será muy pequeña. Y con la ayuda de celdas galvánicas se puede crear una intensidad de corriente aceptable, pero solo pueden funcionar por un corto tiempo.

Estructura del generador

Considere un generador electromecánico de inducción. C.A.. Existen muchos generadores de este tipo, pero cada uno de ellos tiene piezas básicas comunes.

• Permanente o electroimán. Crea un campo magnético.
• Devanado. En él se induce una fem alterna.

La amplitud de la FEM se induce en cada vuelta del devanado. Dado que las espiras están conectadas en serie, los valores de EMF se sumarán. La FEM en el marco será proporcional al número de vueltas en el devanado. para recibir de gran importancia El flujo magnético en los generadores se produce a partir de un sistema especial de dos núcleos.

En las ranuras de un núcleo hay devanados que crean un campo magnético, y en las ranuras del otro, devanados en los que se induce una fem. Uno de los núcleos gira, se llama rotor. El segundo es estacionario y se llama estator. Intentan hacer que el espacio entre los núcleos sea lo más pequeño posible para aumentar el flujo del vector de inducción magnética.

La figura muestra un modelo de un generador simple.

Principio de funcionamiento del generador.

En el generador, cuyo modelo se muestra en la figura, se crea un campo magnético. imán permanente, y la estructura de alambre gira en su interior. En principio, se puede dejar el marco fijo y girar el imán. De nada cambiaría.

Esto es exactamente lo que se hace en los generadores industriales. El electroimán gira y los devanados en los que aparece el EMF permanecen inmóviles. Esto se debe al hecho de que para suministrar corriente al rotor o extraerla de los devanados del rotor, es necesario utilizar contactos deslizantes. Para ello se utilizan cepillos y anillos colectores. La intensidad de corriente que hará girar el rotor es mucho menor que la que quitamos de los devanados.

Por lo tanto, es más conveniente suministrar corriente al rotor y extraer corriente del estator. En generadores de baja potencia, para crear campo magnético Utilizan un imán permanente giratorio, por lo que no es necesario suministrar corriente al rotor en absoluto. Y no es necesario utilizar cepillos ni anillos.

Cuando el rotor gira, aparece una fem en los devanados del estator. Esto sucede porque se produce un vórtice. campo eléctrico. Los generadores modernos son máquinas muy grandes. Además, con tales dimensiones (varios metros), algunas de las piezas internas más importantes están fabricadas con precisión milimétrica.

transformadores

Los generadores ubicados en las centrales eléctricas producen un EMF muy potente. En la práctica, esa tensión rara vez es necesaria. Por lo tanto, dicho voltaje debe convertirse.

Para convertir el voltaje se utilizan dispositivos llamados transformadores. Los transformadores pueden aumentar el voltaje o disminuirlo. También existen transformadores estabilizadores que no aumentan ni disminuyen el voltaje.

Considere el diseño del transformador en la siguiente figura.

Símbolo del transformador:

Diseño y operación del transformador.

El transformador consta de dos bobinas con devanados de alambre. Estas bobinas se colocan sobre un núcleo de acero. El núcleo no es monolítico, sino que está formado por placas delgadas.

Uno de los devanados se llama primario. A este devanado se conecta la tensión alterna que proviene del generador y que es necesario convertir. El otro devanado se llama devanado secundario. Se le conecta una carga. La carga son todos los dispositivos y aparatos que consumen energía.

La siguiente figura muestra símbolo transformador.

imagen

El funcionamiento de un transformador se basa en el fenómeno. inducción electromagnética. Cuando la corriente alterna pasa a través del devanado primario, se crea un flujo magnético alterno en el núcleo. Y como el núcleo es común, el flujo magnético induce una corriente en la otra bobina.

El devanado primario del transformador tiene N 1 vueltas, su fem inducida total es igual a e 1 = N 1 e, donde e es el valor instantáneo de la fem inducida en todas las vueltas. e es el mismo para todas las vueltas de ambas bobinas.

El devanado secundario tiene N 2 vueltas. En él se induce EMF e 2 = N 2 e.

Por lo tanto: e 1 / e 2 = N 1 / N 2.

Despreciamos la resistencia del devanado. En consecuencia, los valores de la fem inducida y el voltaje serán aproximadamente iguales en magnitud: |u 1 |≈|e 1 |.

Cuando el circuito del devanado secundario está abierto, no fluye corriente por él, por lo tanto: |u 2 |=|e 2 |.

Los valores instantáneos de EMF e 1, e 2 oscilan en una fase. Su relación se puede sustituir por la relación de los valores de la fem efectiva: E 1 y E 2 . Y reemplazamos la relación de valores de voltaje instantáneos con valores de voltaje efectivo. Obtenemos:

mi 1 /mi 2 ≈U 1 /U 2 ≈norte 1 / norte 2 = K

K – coeficiente de transformación. En K>0 El transformador aumenta el voltaje cuando k<0 – el transformador reduce la tensión. Si se conecta una carga a los extremos del devanado secundario, aparecerá una corriente alterna en el segundo circuito, lo que provocará que aparezca otro flujo magnético en el núcleo.

Este flujo magnético reducirá el cambio en el flujo magnético del núcleo. Para cargado transformador, será válida la siguiente fórmula: U 1 /U 2 ≈ I 2 /I 1.

Es decir, cuando el voltaje aumenta varias veces, reduciremos la corriente en la misma cantidad.

Hoy todos conocemos los generadores eléctricos domésticos. Dependiendo del combustible consumido, finalidad y tipo de motor utilizado, estos pueden ser generadores eléctricos de gasolina, gas, diésel e incluso eólicos. Estos dispositivos se han convertido en parte de nuestras vidas y estamos acostumbrados a utilizarlos en el campo, en acampadas, en obras y en el garaje. Muchos tipos de generadores eléctricos y aparatos eléctricos hacen el trabajo por nosotros. Los generadores eléctricos portátiles están integrados en linternas, los paneles solares alimentan instrumentos y sensores remotos, satélites espaciales y equipos de escaladores. Pero no siempre fue así. El comienzo del siglo XIX estalló con toda una serie de descubrimientos relacionados con la electricidad y el magnetismo.

Tras el descubrimiento y estudio de la inducción electromagnética y los cálculos realizados, se hizo evidente que era posible crear un generador eléctrico capaz de convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Para obtener corriente en una bobina de cable cerrada, es necesario cambiar el flujo de inducción que la atraviesa. Esto se puede hacer de dos maneras: mover el imán con respecto a la bobina de alambre o mover la bobina de alambre con respecto al imán.

El primer generador de corriente eléctrica magnético casero, construido en 1832, contaba con una instalación muy sencilla. Mire su dibujo: verá que la fuerza electromagnética en los devanados de sus bobinas fue excitada por la rotación de un imán en forma de herradura. La corriente creada por una máquina de este tipo no se parecía a la corriente de una celda galvánica: parecía correr de un lado a otro, cambiando de dirección de vez en cuando. Esta corriente se llamó alterna, a diferencia de corriente continua producido por una celda galvánica.

La instalación de otro generador eléctrico tenía un aspecto diferente: un marco conductor giraba entre los polos estacionarios de un imán. Sus extremos estaban conectados a dos anillos en el eje de rotación del marco, y se conectó un circuito eléctrico a los anillos mediante contactos deslizantes. En los contactos de los anillos aparecía "más" o "menos", lo que significaba la generación de una variable EMF.

El hecho de que la corriente fuera alterna se consideró una desventaja y comenzaron a buscar la manera de enderezarlo. Para ello, recurrieron al llamado interruptor. En la segunda máquina, por ejemplo, ambos extremos del marco estaban conectados a un anillo cortado por la mitad y cada mitad estaba aislada con una capa de sustancia no conductora. Un contacto deslizante tocaba sólo el extremo del marco giratorio en el que había un "más", y el segundo contacto se cerraba en el "menos". Pero aunque la corriente en el circuito se volvió constante en dirección, su magnitud cambiaba con cada media vuelta del marco.

Para evitar cambios repentinos en el valor actual, se aumentó el número de fotogramas. Sus extremos estaban conectados a secciones diametralmente opuestas del anillo colector cortado del generador eléctrico. La corriente de un generador magnético de este tipo es más parecida a una constante cuanto más cuadros hay en el tambor giratorio: el rotor (los imanes estacionarios en una máquina de este tipo se llaman estator).

Los generadores eléctricos de CC y CA tienen un diseño muy similar a los motores eléctricos. Además, si gira la armadura de un motor eléctrico de CC, aparece una diferencia de potencial en sus devanados: el motor comienza a producir corriente eléctrica y se convierte en un generador eléctrico. Sin embargo, por motivos técnicos, los generadores de corriente eléctrica se construyen de forma algo diferente a los motores eléctricos.

Tomemos, por ejemplo, un generador de CA en una gran central térmica.

Su estator tiene en su interior un devanado, del que surge una corriente eléctrica. El rotor es un cilindro con dos polos magnéticos: norte y sur. Si magnetiza el rotor pasando corriente continua desde una fuente externa a los devanados del polo y luego comienza a girarlo, aparecerá corriente alterna en el devanado del estator.

Generalmente se utiliza un pequeño generador de CC independiente para excitar y operar el rotor. Este generador eléctrico se coloca directamente sobre el eje del rotor. Existe otra opción de diseño: en lugar de un generador excitador, funciona un rectificador de corriente semiconductor. Toma una parte insignificante de la potencia del propio generador eléctrico, rectifica la corriente alterna y con la corriente resultante alimenta el devanado del rotor.

Nuestro país ha adoptado un estándar de frecuencia de corriente alterna de 50 ciclos por segundo - 50 Hz. Esto significa que en un segundo la corriente debe fluir 50 veces en una dirección y 50 veces en la otra. En consecuencia, el rotor debe dar exactamente 50 revoluciones por segundo o 3000 revoluciones por minuto. Los generadores eléctricos de las centrales térmicas funcionan a esta velocidad: son accionados por turbinas de gas especialmente diseñadas para esta velocidad.

Esto sucede con tanta frecuencia como en un generador eléctrico de una central térmica, donde la velocidad de rotación de la turbina de gas es de 3000 rpm. Por tanto, aquí se mantiene la frecuencia de 50 períodos.

Lo simple sobre lo complejo – Generadores eléctricos para la producción de electricidad

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Capítulo 5. PRODUCCIÓN, TRANSMISIÓN Y USO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Energía eléctrica Tiene ventajas innegables sobre todos los demás tipos de energía. Puede transmitirse por cable a grandes distancias con pérdidas relativamente bajas y distribuirse convenientemente entre los consumidores. Lo principal es que esta energía con la ayuda es suficiente. dispositivos simples fácil de transformar en cualquier otra forma: mecánica, interna (calentamiento de cuerpos), energía luminosa, etc.

La corriente alterna, a diferencia de la corriente continua, tiene la ventaja de que el voltaje y la corriente se pueden convertir (transformar) dentro de un rango muy amplio sin casi ninguna pérdida de energía. Estas transformaciones son necesarias en muchos dispositivos de ingeniería eléctrica y radioeléctrica. Pero la transformación de voltaje y corriente es especialmente necesaria cuando se transmite electricidad a largas distancias.

§ 37 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

La corriente eléctrica se genera en generadores- dispositivos que convierten energía de un tipo u otro en energía eléctrica. Los generadores incluyen celdas galvánicas, máquinas electrostáticas, termopilas 1, paneles solares, etc. Se están explorando las posibilidades de crear tipos de generadores fundamentalmente nuevos.

1 Las termopilas utilizan la propiedad de dos contactos de materiales diferentes para crear una fem debido a la diferencia de temperatura entre los contactos.

Por ejemplo, los llamados pilas de combustible, en el que la energía liberada como resultado de la reacción del hidrógeno con el oxígeno se convierte directamente en electricidad.

El ámbito de aplicación de cada uno de los tipos de generadores de electricidad enumerados está determinado por sus características. Por lo tanto, las máquinas electrostáticas crean una alta diferencia de potencial, pero no son capaces de crear ningún voltaje significativo en el circuito. amperaje. Las células galvánicas pueden producir una gran corriente, pero su duración de acción es corta.

El papel principal en nuestro tiempo lo desempeñan los generadores de corriente alterna de inducción electromecánica. En estos generadores la energía mecánica se convierte en energía eléctrica. Su acción se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Dichos generadores tienen un diseño relativamente simple y permiten obtener grandes corrientes a un voltaje suficientemente alto.

En el futuro, cuando hablemos de generadores, nos referiremos a generadores electromecánicos de inducción.

Alternador. El principio de funcionamiento de un generador de corriente alterna ya se ha analizado en el § 31.

Hay muchos tipos diferentes de generadores de inducción disponibles en la actualidad. Pero todos constan de las mismas partes básicas. Se trata, en primer lugar, de un electroimán o imán permanente que crea un campo magnético y, en segundo lugar, de un devanado en el que se induce una fuerza electromagnética alterna (en el modelo de generador considerado, se trata de un marco giratorio). Dado que la fem inducida en espiras conectadas en serie se suma, la amplitud de la fem inducción en el marco es proporcional al número de sus vueltas. También es proporcional a la amplitud del flujo magnético alterno (Ф m = BS) a través de cada vuelta (ver § 31).

Para obtener un gran flujo magnético, los generadores utilizan un sistema magnético especial que consta de dos núcleos de acero eléctrico. Devanados que crean un campo magnético.

están ubicados en las ranuras de uno de los núcleos, y los devanados en los que se induce la EMF están en las ranuras del otro. Uno de los núcleos (generalmente interno) junto con el devanado gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por eso se llama rotor. El núcleo estacionario con devanado se llama estator. El espacio entre los núcleos del estator y del rotor se hace lo más pequeño posible para aumentar el flujo del vector de inducción magnética.

En el modelo de generador que se muestra en la Figura 5.1, gira una estructura de alambre, que es un rotor (sin núcleo de hierro). Campo magnético crea un imán permanente estacionario. Por supuesto, puedes hacer lo contrario: girar el imán y dejar el marco inmóvil.

en grande generadores industriales Es el electroimán, que es el rotor, el que gira, y los devanados en los que se induce la EMF se colocan en la base del estator y permanecen inmóviles. El hecho es que la corriente debe suministrarse al rotor o retirarse del devanado del rotor a un circuito externo mediante contactos deslizantes. Para ello, el rotor está equipado con anillos colectores unidos a los extremos de su devanado (Fig. 5.2). Las placas fijas (cepillos) se presionan contra los anillos y conectan el devanado del rotor con el circuito externo. La intensidad de la corriente en los devanados del electroimán que crea el campo magnético es significativamente menos fuerza Corriente suministrada por el generador al circuito externo. Por lo tanto, es más conveniente extraer la corriente generada de los devanados estacionarios y, a través de los contactos deslizantes, suministrar una corriente relativamente débil al electroimán giratorio. Esta corriente es generada por un generador de corriente continua (excitador) separado ubicado en el mismo eje.

En los generadores de baja potencia, el campo magnético se crea mediante un imán permanente giratorio. En este caso, no se necesitan anillos ni cepillos.

La aparición de campos electromagnéticos en los devanados del estator estacionario se explica por la aparición de un vórtice en ellos. campo eléctrico, generado por un cambio en el flujo magnético cuando el rotor gira.

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