Generadores de Corriente Alterna

Generadores de Corriente Alterna

Facultad de Ingeniería Química ELECTRICIDAD AD Curso: ELECTRICID

Ciclo:

“VIII”

APLICADA


INDICE: I. Presentación

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II. Evolución Histórica

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III. Plano / Esquema

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IV. Partes / Características

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V. Tipos de Generadores

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a) Según su configuración física

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I.

PRESENTACIÓN

El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil. Cuando la espira gira, el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el

Generadores de Corriente Alterna II.

EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Antes de que se descubriera la conexión entre el magnetismo y la electricidad, se han utilizado los generadores electrostáticos. Ellos operan en principios electrostáticos. Estos generadores generan muy alto voltaje y baja corriente. Funcionaron con correas móviles cargadas eléctricamente, placas y discos que llevaron a cargo a un alto potencial de electrodo. La carga se genera mediante dos mecanismos: 

Inducción electrostática



El efecto triboeléctrica, donde el contacto entre dos aisladores les deja cargada.

Debido a su ineficiencia y la dificultad de máquinas que producen voltajes muy altos de aislamiento, los generadores electrostáticos tenían puntuaciones de baja potencia, y nunca se utilizaron para la generación de cantidades comercialmente significativas de la energía eléctrica. La máquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff son ejemplos de estas máquinas que han sobrevivido. En 1827, el húngaro Anyos Jedlik comenzó a experimentar con los dispositivos

Generadores de Corriente Alterna regiones que estaban fuera de la influencia del campo magnético. Esta contracorriente limita la salida de potencia a los cables de la recogida, y calefacción residuos inducida del disco de cobre. Más tarde generadores homopolares resolverían este problema mediante el uso de una serie de imanes dispuestos alrededor del perímetro del disco para mantener un efecto de campo constante en una dirección de flujo de corriente. Otra desventaja es que la tensión de salida fue muy baja, debido a la única trayectoria de la corriente a través del flujo magnético. Los experimentadores han encontrado que el uso de múltiples vueltas de alambre en una bobina podría producir mayores tensiones, más útiles. Dado que la tensión de salida es proporcional al número de vueltas, los generadores pueden ser fácilmente diseñados para producir cualquier voltaje deseado variando el número de vueltas. Arrollamientos de alambre se convirtieron en una característica básica de todos los diseños de generadores posteriores. La dinamo fue el primer generador eléctrico capaz de suministrar energía para la industria. El dínamo utiliza inducción electromagnética para convertir la rotación mecánica en corriente directa a través del uso de un conmutador. La primera dinamo fue

Generadores de Corriente Alterna magnético estaba en direcciones opuestas. La primera demostración pública de un "sistema de alternador" más sólida se llevó a cabo en 1886. Grandes generadores de dos fases de corriente alterna fueron construidos por un electricista británico, JEH Gordon, en 1882 - Lord Kelvin y Sebastian Ferranti también desarrolló los primeros alternadores, produciendo frecuencias comprendidas entre 100 y 300 Hz. En 1891, Nikola Tesla patentó una práctica alternador de "alta frecuencia". Después de 1891, alternadores polifásicos se introdujeron para suministrar corrientes de varias fases diferentes. Más tarde alternadores fueron diseñados para variar las frecuencias de corriente alterna entre dieciséis y alrededor de un cientos de hertzios, para su uso con iluminación de arco, lámparas incandescentes y motores eléctricos. Grandes dinamos de generación de energía de corriente continua rara vez se ven debido al uso ahora casi universal de corriente alterna para la distribución de energía. Antes de la adopción de la AC, muy grandes dinamos de corriente continua son el único medio de generación y distribución de energía. CA ha llegado a dominar debido a la capacidad de CA para ser fácilmente transformado desde y hacia voltajes muy altos para permitir

Generadores de Corriente Alterna IV.

PARTES DE UN GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA

Partes principales de un generador de corriente alterna son:     

Estator Armadura o inducido Colector (anillos rasantes) Escobillas o carbones

El estator:

Un estator es una parte fija de una máquina rotativa, la cual alberga una parte móvil (rotor), en los motores eléctricos el estator está compuesto por un imán natural o por una o varias bobinas montadas sobre un núcleo metálico que generan un campo magnético en motores más potentes y de corriente alterna, (también se les llama inductores). Las partes principales son:  

Carcasa Escudos

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Armadura o inducido:

En el contexto de las máquinas eléctricas, inducido es la parte de la máquina rotativa donde se produce la transformación de energía mecánica en eléctrica mediante inducción electromagnética. Es la parte fija de la máquina, y está formado por un cilindro hueco de chapas apiladas de hierro al silicio con las ranuras en la parte interior, donde se alojan las bobinas. En estas se induce la fuerza electromotriz cuando el inductor gira en el interior del inducido. Las bobinas del inducido se conectan a unos bornes que están en el exterior de la carcasa de la máquina con el fin de conectarlas al circuito exterior al que entregan la corriente inducida. 

Colector o anillos rasantes:

El rotor está constituido por tres devanados de hilo de cobre conectados en un punto común. Los extremos pueden estar conectados a tres anillos de cobre que giran solidariamente con el eje (anillos rasantes). Haciendo contacto con estos tres anillos se encuentran unas escobillas que permiten conectar a estos devanados unas resistencias que permiten regular la velocidad de giro del motor.


Escobillas o carbones:

Las escobillas están fabricadas de carbón prensado y calentado a una temperatura de 1200°C. Se apoyan rozando contra el colector gracias a la acción de unos resortes, que se incluyen para hacer que la escobilla esté rozando continuamente contra el colector. El material con que están fabricadas las escobillas produce un roce suave equivalente a una lubricación. Porta Carbones Son elementos que sujetan y canalizan el movimiento de los carbones. Los se deslizan libremente en su caja siendo obligadas a apoyarse sobre el colector por medio de un resorte que carga al carbón con una tensión determinada. 

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TIPOS DE UN GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA

Podemos producir la corriente alterna haciendo rotar los imanes o la espira. A la parte que gira le llamaremos rotor, y a la que permanece estática, estator. Esto nos permite clasificar los generadores en dos tipos:

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Según su configuración física: 

Generadores de campo magnético estático: En este tipo de generadores alterna la espira rota en un campo magnético constante.


Según el tipo de corriente alterna que generan. 

Generadores monofásicos: Producen una única corriente que alterna continuamente, conocida como corriente monofásica. Es la configuración más básica, aunque la corriente que nos llega a casa es monofásica, eso no quiere decir que sea generada así, ya que como más adelante veremos para altos voltajes se adopta el sistema trifásico. Como hemos visto, el esquema sería el siguiente:

Generadores de Corriente Alterna La ventaja es evidente, ya que con un mismo rotor podemos lograr el trabajo de dos, pero la configuración del estator se complica bastante ya que necesitamos el doble de pastillas de arrollamientos en él. Suelen tener 3 cables de salida ya que podemos cortocircuitar la masa de B con la de A, y obtenemos la configuración estándar de generador bifásico de tres terminales. 

Generadores trifásicos: Siguiendo la lógica con la que hemos estudiado el generador bifásico, podemos sacar un tercer voltaje del generador con la siguiente configuración:

Generadores de Corriente Alterna VI.

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 magnético. 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. Los mismos funcionan colocando una espira dentro de un campo magnético y se la hace girar, sus dos lados cortarán las líneas de fuerzas del campo, induciéndose una fem, esta verificada en los extremos del conductor que forma la espira. La fem inducida es de carácter alternado. Cerrando el circuito esta fem da origen a una corriente eléctrica, también alternada. Si conectamos una lámpara al generador veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga incandescente, y emite tanta más luz cuanto mayor sea la velocidad con que gira la espira en el campo magnético.

Generadores de Corriente Alterna 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 este caso 2), y el voltaje generado dependerá de la fuerza de los imanes (intensidad del campo), la cantidad de vueltas de alambre de las bobinas y de la velocidad de rotación. La corriente que se genera mediante los alternadores descriptos, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Siendo lo mismo girar la espira o a los campos, será mejor girar aquella parte que conduzca menor corriente porque los contactos deslizantes deberán dejar paso a corrientes más pequeñas. Esto se hace con los alternadores y motores reversibles.

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MANTENIMIENTO

Debido a la relativa simplicidad y construcción duradera, los generadores funcionaran muchas horas sin la menor indicación de problema. La inspección de rutina y servicio con intervalos de inspección de 100 horas, mensual o trimestral es generalmente todo lo que se requiere. - Inspección de la seguridad del montaje del generador, comprobar la brida de -

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montaje por grietas y flojedad de los tornillos de montaje. Verificar que no haya fugas de aceite en el área de la brida de montaje. Inspección de la limpieza y la seguridad de las uniones de las conexiones eléctricas del generador. Verificar frecuentemente las escobillas de conexión el que transmite los flujos de electrones para generar electricidad, ya que estos se desgastan fácilmente con el tiempo. Comprobar la tensión de los resortes de escobillas, utilizando una escala de resorte. Sopletear con aire comprimido para quitar el polvo acumulado. Inspeccionar la limpieza, desgate y corrosión por picaduras del conmutador. Inspeccionar el área alrededor del colector y escobilla por posibles partículas de soldadura. Esto indica que se ha producido un sobrecalentamiento, y el generador debe ser quitado.

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Inspección visual del Rotor El rotor del generador se puede inspeccionar de mejor manera después de sacarlo del estator. Una inspección visual del rotor, sin remover los anillos de retención, es generalmente muy restrictiva. Buscar cualquier signo de fallas de monitoreo en términos del calentamiento del cuerpo del rotor o en residuos. Buscar signos de sobrecalentamiento. Comprobar el rotor para ver si existen rasguños, abolladuras o marcas de cualquier tipo. Buscar en el cuerpo del rotor signos de daño de objetos ajenos al equipamiento. Comprobar el balance del peso y slot wedges para asegurarse de que están correctamente ajustados. Examinar la superficie del anillo colector, buscando muestras de uso dispar o ranuras irregulares. 

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MEJORAMIENTO Y TENDENCIAS

El eterno problema de los teléfonos móviles y ordenadores portátiles que se quedan rápidamente sin batería parece que tiene solución gracias a un nuevo generador triboeléctrico de energía diseñado por científicos estadounidenses. Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.) liderado por el doctor Chung Lin Wang ha creado un generador capaz de obtener de manera eficiente energía de cualquier movimiento, informa el portal Science Daily. El principio de funcionamiento del dispositivo se basa en el efecto gracias al cual la humanidad conoció la electricidad: la fricción de dos objetos de diferentes materiales que acumula cargas opuestas de energía. En términos científicos esto se conoce como 'efecto triboeléctrico'. Sin embargo, a pesar de su antigüedad, este efecto nunca se había utilizado antes para generar electricidad, ya que se creía que el método de la fricción era improductivo. Y tal vez los científicos hubieran seguido creyendo durante mucho tiempo que la producción de energía mediante un generador triboeléctrico era imposible e ineficaz de no ser por un error experimental. Hace unos años, mientras realizaban un experimento con el efecto piezoeléctrico, los investigadores del laboratorio del instituto ensamblaron incorrectamente una configuración experimental y obtuvieron unos resultados totalmente increíbles: se produjo un exceso de electricidad estática tras la fricción no programada de dos superficies poliméricas. Ahora, después de años de constantes investigaciones, encontraron el polímero

Generadores de Corriente Alterna Generador triboeléctrico para producir electricidad aprovechable a partir de fricción: Se ha desarrollado un sistema que permite el aprovechamiento práctico de la carga eléctrica producida cuando dos tipos diferentes de materiales plásticos se frotan uno contra el otro. Basado en materiales poliméricos flexibles, este generador triboeléctrico podría producir corriente alterna a partir de actividades como por ejemplo caminar. El generador triboeléctrico podría complementar la electricidad producida por los nanogeneradores que usan el efecto piezoeléctrico para generar corriente a partir de la flexión de nanocables de óxido de cinc. Además, como estos generadores triboeléctricos pueden ser fabricados de un modo que les haga casi transparentes, podrían ofrecer una nueva forma de producir sensores activos potencialmente capaces de reemplazar la tecnología usada hoy en día para las pantallas táctiles. Es bien conocido el hecho de que se puede producir una carga eléctrica sobre la base del principio físico descrito. La innovación que ha introducido el equipo de Zhong Lin Wang, del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech) en Atlanta, Estados Unidos, es una técnica que la permite crear una corriente eléctrica, posibilitando que la carga eléctrica sea usada. Este generador puede convertir la energía mecánica del entorno en

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CONCLUSIONES Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de transformadores. Se transporta a grandes distancias con poca de pérdida de energía. Es posible convertirla en corriente directa con facilidad. Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica. Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente directa. La corriente alterna es de fácil transformabilidad (es decir, que puedes cambiar la tensión simplemente con un transformador). Se puede transmitir a grandes distancias sin tener grandes caídas de tensión, con transformadores se puede reducir a cualquier voltaje sin grandes pérdidas de potencia, como así también se puede elevar este con transformadores o autotransformadores, (un ejemplo sencillo es la bobina del automóvil que transforma una corriente de bajo voltaje hasta más de 20000 voltios necesarios para que salte la chispa en la bujía). También se puede transformar en continua mediante rectificadores de tensión o diodos que son semiconductores que dejan pasar el flujo de electrones en un solo sentido.

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ANEXOS


Diagrama de flujo a partir de un Generador de Corriente Alterna que es transformada para el Consumo Doméstico.

Universidad Nacional de Trujillo

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