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lunes, 20 de junio de 2011

GENERACION DE CORRIENTE ALTERNA

Generadores de Corriente Alterna

Componentes de un Generador de Corriente Alterna

Los principales componentes de un generador de corriente alterna son los que se muestran a continuación:
  1. Estator.
  2. Rotor.
  3. Sistema de enfriamiento.
  4. Excitatriz.
  5. Conmutador.
ESTATOR
Los elementos mas importantes del estator de un generador de corriente alterna, son las siguientes:
  • Componentes mecánicas.
  • Sistema de conexión en estrella.
  • Sistema de conexión en delta.
Componentes mecánicas. Las componentes mecánicas de un generador son las siguientes:
  • La carcaza.
  • El núcleo.
  • Las bobinas.
  • La caja de terminales.
Sistema de conexión en estrella. Los devanados del estator de un generador de C.A. están conectados generalmente en estrella, en la siguiente figura T1, T2, T3 representan las terminales de linea (al sistema) T4, T5, T6 son las terminales que unidas forman el neutro.
Sistema de conexión delta. La conexión delta se hace conectando las terminales 1 a 6, 2 a 4 y 3 a 5, las terminales de linea se conectan a 1, 2 y 3, con esta conexión se tiene con relación a la conexión estrella, un voltaje menor, pero en cambio se incrementa la corriente de linea.
EL ROTOR
Para producir el campo magnético sobre el rotor se utilizan polos que consisten de paquetes de laminaciones de fierro magnético (para reducir las llamadas corrientes circulantes) con conductores de cobre arrollados alrededor del hierro, estos polos están excitados por una corriente directa. Los polos del rotor se arreglan por pares localizados o separados 180º. Desde el punto de vista constructivo, los rotores se construyen del tipo polos salientes (baja velocidad) o rotor cilíndrico (alta velocidad).
En el rotor se encuentran alojadas las bobinas del devanado de campo que inducen el voltaje en el devanado de armadura, en donde se encuentran las bobinas que determinan si el generador es monofásico o trifásico.
Voltaje de salida monofásico. un generador que tiene un voltaje de salida monofásico, se lo denomina generador monofásico. Este voltaje de salida se obtiene con un conjunto de bobinas de armadura en el estator, si se trata de un generador monofásico de dos polos; entonces, se dice que estos polos son Norte y Sur con conductores que son parte de los conductores de armadura continuos y que llenan las ranuras del estator.
Las ranuras están separadas mecánicamente y eléctricamente por 180º, de modo que cuando el flujo proveniente del polo norte intercepta el lado A(1) del conductor, el flujo que retoma al polo sur intercepta al lado A(2) del conducto, obteniéndose como resultado la generación de un pico de voltaje entre A(1) y A(2). Cuando los polos norte y sur están perpendiculares con respecto al plano de los conductores A(1) y A(2), no hay lineas de fuerzas que intercepten los conductores y, entonces la diferencia de voltaje entre A(1) y A(2) es cero. Cuando el rotor completa una revolución (360º) se dice que ha completado un ciclo.
Fuente: El libro práctico de los generadores, transformadores y motores eléctricos - Gilberto Harper Enriquez
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El Voltaje Inducido

Como cada espira de la bobina de la armadura se mueve de una parte del campo a otra, eslabona un numero diferente de lineas de flujo, en este cambio en los eslabonamientos de flujo que induce un voltaje en el conductor, el voltaje mas grande se induce en el instante que este cambio es el mayor, esto es, el instante en el que el conductor corta el campo en angulo recto.
En la medida que el rotor gira a una velocidad constante, se induce una onda senoidal de voltaje, el valor de este voltaje depende de la velocidad del rotor, a mayor rapidez el voltaje es mayor.
El valor del voltaje depende tambien de la intensidad del campo magnetico, a mayor intensidad de campo, mayor voltaje inducido. Para un generador trifasico, se deben tener tres bobinas de armadura que estan desplazadas entre si 120º, a cada una de las bobinas o grupos de bobinas se los denomina Fase, de manera que se designan tres fases como: Fase A, Fase B y Fase C.La magnitud del voltaje en cada fase se calcula como:
Emax = Bm lwr (volts)
Donde
Bm: densidad de flujo maximo producido por el campo del rotor, expresado en tesla.
l: longitud de ambos lados de bobina en el campo magnetico m.
W: velocidad angular del rotor (= 2Π x frecuencia rad/seg)
r: radio de la armadura en m.

Las ondas de voltaje obtenidas para cada fase se dan por los cambios en los eslabonamientos de flujo magnatico, cuando el campo esta directamente opuesto a la bobina se da el maximo cambio en los eslabonamientos de flujo y, el maximo voltaje inducido se da en ese instante.
Fuente: El libro práctico de los generadores, transformadores y motores eléctricos - Gilberto Harper Enriquez
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Regla de la Mano Derecha para Generadores

Para determinar la polaridad de un generador, se deben conocer primero dos direcciones:
  1. La direccion (norte a sur) del campo magnetico.
  2. La direccion en al cual el conductor se esta moviendo y como corta al campo.
Siempre se pueden determinar direcciones por medio del uso de la regla de la mano derecha para generadores. El dedo pulgar apunta hacia arriba, el indice hacia la izquierda y el dedo medio hacia el cuerpo.
El dedo indice indica la direccion del flujo magnetico, el dedo pulgar apunta a la direccion en que se mueve el conductor y el dedo medio indica la direccion del flujo de corriente.
La operacion basica de un generador de corriente alterna consiste en una espira de alambra que se encuentra libre para girar en un campo magnetico, como se ha indicado antes, a la espira de alambre se le llama armadura y al campo magnetico se le llama el campo, la armadura se gira por un elemento que se denomina primomotor, que dependiendo de la fuente primaria de energia, aplicacion y uso, puede estar accionado por agua, vapor turbinas de viento o motores a gasolina o diesel.
La espira de la armadura se conecta a anillos rozantes, que a traves de las escobillas se conectan por conductores al exterior, en la medida que la armadura gira, se genera un voltaje que se conecta al exterior para alimentar un circuito al cual se conectan las cargas. Los generadores de corriente alterna se conocen tambien como alternadores. De la figura anterior, cuando la armadura de un generador de corriente alterna hace una rotacion completa a traves del campo magnetico, sucede lo siguiente:
  • Cuando la armadura alcanza la posicion 2, la espira (armadura) se mueve en forma perpendicular al campo magnetico, por lo tanto, corta el maximo numeros de lineas por segundo.
  • Cuando gira la armadura y pasa la posicion 2, el voltaje cae cuando ya no esta perpendicular al campo magnetico.
  • Al alcanzar la armadura la posicion 3, su movimiento es otra vez paralelo al campo y el voltaje de salida vuelve a cero.
  • Cuando la armadura gira de la posicion 3 a la 4, el voltaje vuelve a alcanzar el valor maximo.
  • Cuando la armadura completa su rotacion y pasa a al posicion 4, el voltaje cae a cero otra vez.
El voltaje generado se aplica a la carga externa alimentada a traves de un transformador o tableros como se muestra en la figura: Fuente: El libro práctico de los generadores, transformadores y motores eléctricos - Gilberto Harper Enriquez
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La Forma Como Trabajan los Generadores

Para estudiar la forma en como convierten los generadores la energia mecanica en energia electrica, se puede usar la siguiente figura, que representa un generador elemental, en donde el campo magnetico principal viene de un par de imanes permanentes. observese que la cara del polo norte se encuentre enfrente de la cara del polo sur, la forma curvada de los polos produce el campo mas intenso. La bobina de la armadura esta devanada sobre el rotor, cada extremo de esta bobina esta fijo a su propia banda metalica, estas bandas se llaman anillos rozantes y es donde aparece el voltaje generado. Para colectar el voltaje generado, se debe tener una trayectoria electrica de los anillos rozantes a las terminales del generador, esto se hace con pequeñas piezas metalicas o de carbon llamadas Escobillas que se encuentran fuertemente fijas a los anillos rozantes por medio de resortes, en la medida que la bobina gira, los conductores cortan el campo magnetico, esto produce el voltaje inducido en la bobina.

Fuente: El Libro Práctico de los Generadores, Transformadores y Motores Electricos - Gilberto Harper Enriquez
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Forma de la f.e.m. Inducida

Cuando el electroimán está en la posición horizontal de la figura, se produce el corte máximo de líneas de fuerza; cuando alcanza la posición vertical, ninguna línea de. fuerza cortará al conductor; en posiciones intermedias las líneas son cortadas oblícuamente, por lo que el valor de la f.e.m. inducida disminuirá con respecto al valor correspondiente a la posición horizontal y seguirá disminuyendo hasta anularse en la posición vertical del inductor. Al sobrepasar la posición vertical, la f.e.m. comienza a producirse otra vez pero en sentido contrario, porque el sentido del desplazamiento del campo con respecto al conductor se invierte. En esta forma la fe.m. irá aumentando su valor hasta llegar a la posición horizontal en que alcanza el valor máximo, y desde donde empieza a disminuir de nuevo, llega a la posición vertical invertida, se produce una nueva inversión del sentido de la corriente y así sucesivamente.
Una fe.m. de tales características es precisamente la alternada, por lo que la corriente inducida en la espira tendrá tal carácter. Como la espira está fija, sus bornes terminales sirven para recoger la corriente sin inconvenientes puesto que no hay contactos rozantes.
Fuente: Tratado de Electricidad - Ing. Francisco Singer
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Devanados y Campos en el Generador

En la siguiente figura se muestran cuatro tipos de generadores. Para generar electricidad se debe empezar con un campo magnético principal, entonces este campo se debe cortar por un conductor, el campo principal se puede producir por un imán permanente que puede ser parte del estator, tal cual lo muestra la figura A, o bien puede ser el rotor como se muestra en la figura B. el campo principal puede ser un campo electromagnético en lugar de un imán permanente, la bobina que lo produce se llama EL DEVANADO DE CAMPO, o simplemente el campo.
El campo se puede devanar sobre el estator, como se muestra en la figura C, o sobre el rotor como lo muestra la figura D. Los conductores en los que se induce la electricidad, forman el devanado de la armadura. En los generadores de corriente directa, el devanado de armadura esta sobre el rotor o parte giratoria; sin embargo, en los generadores de corriente alterna para ciertas aplicaciones, el devanado de armadura esta en la parte estacionaria (estator).

Fuente: El Libro Práctico de los Generadores, Transformadores y Motores Electricos - Gilberto Harper Enriquez
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Generador de Corriente Alternada

¿Que es un Generador?
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.).
Se clasifican fundamentalmente en:
  • Primarios: Convierten en energia eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente.
  • Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente.
Principio de Funcionamiento
El funcionamiento del generador de corriente alterna, se basa en el principio general de inducción de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campo magnetico.
Este generador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo.
Figura 1.- Disposición de elementos en un generador simple
Así, en el generador mostrado en la Figura 1, el inductor está constituido por el rotor R, dotado de cuatro piezas magnéticas, las que para simplificar son imanes permanentes, cuya polaridad se indica, y el inducido o estator con bobinas de alambre arrolladas en las zapatas polares .
Las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de una aleación ferromagneticas (zapatas polares) se magnetizan bajo la acción de los imanes del inductor. Dado que el inductor está girando, el campo magnético que actúa sobre las cuatro zapatas cambia de sentido cuando el rotor gira 90º (se cambia de polo N a polo S), y su intensidad pasa de un máximo, cuando están las piezas enfrentadas como en la figura, a un mínimo cuando los polos N y S están equidistantes de las piezas de hierro.
Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magnético las que inducirán en las cuatro bobinas una diferencia de potencial (voltaje) que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.
La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales A-B se obtiene multiplicando el número de vueltas por segundo del inductor por el número de pares de polos del inducido ( en nuestro caso 2), y el voltaje generado dependerá de la fuerza de los imanes (intensidad del campo), la cantidad de vueltas de almbre de las bobinas y de la velocidad de rotación.

Para una mejor explicacion del funcionamiento les dejo este link en el cual podran observar una aplicacion java que nos mostrara el funcionamiento de un generador de corriente elemental





















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