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Generadores Electricos

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Generadores Electricos

  1. 1. Ministerio de educaciónColegio: Instituto Procesional y Técnico de DavidComo se genera la electricidad en los generadoresMateria: Producción y DistribuciónProfesor: Rodolfo CaballeroEstudiantes: Milciades PatiñoGrupo: XII°EElectricidad2013
  2. 2. Índice:1. Introduccion2. Generador3. Principio de generación de Faraday4. Máquinas eléctricas: motores y generadores.5. Generador de corriente continua: la dinamo.6. Generador de corriente alterna: el alternador.7. Central eléctrica8. Conclusión9. Bibliografía
  3. 3. Introducción:Los alternadores necesitan una fuente de corrientecontinua para alimentar los electroimanes queforman el sistema inductor. Por eso, en el interiordel rotor se incorpora la excitatriz. Así, la excitatrizes la máquina encargada de subministrar lacorriente de excitación a las bobinas del estator,parte donde se genera el campo magnético. Segúnla forma de producir el flujo magnético inductorpodremos hablar de:Excitación independiente: La corriente eléctricaproviene de una fuente exterior.Excitación serie: La corriente de excitación seobtiene conectando las bobinas inductoras enserie con el inducido. Toda la corriente inducida alas bobinas del rotor pasa por las bobinas delestator.Excitación shunt o derivación: La corriente deexcitación se obtiene conectando las bobinas delestator en paralelo con el inducido. Solo pasa porlas bobinas del estator una parte de la corrienteinducida.Excitación compound: En este caso las bobinasdel estator están conectadas tanto en serie comoen paralelo con el inducido.
  4. 4. GeneradoresLa energía eléctrica seproduce en los aparatosllamados generadores oalternadores.Un generador consta, en suforma más simple de:o Una espira que gira impulsada por algún medioexterno.o Un campo magnético uniforme, creado por unimán, en el seno del cual gira la espira anterior.A medida que la espira gira, el flujo magnético através de ella cambia con el tiempo, induciéndoseuna fuerza electromotriz, y si existe un circuitoexterno, circulará una corriente eléctrica.Para que un generador funcione, hace falta unafuente externa de energía (hidráulica, térmica,nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con unafrecuencia deseada.El Principio de Faraday:El principio de funcionamiento de los generadoresestá basado en la Ley de Faraday. Esta ley nosdice que el voltaje inducido en un circuito es
  5. 5. directamente proporcional al cambio del flujomagnético en un conductor o espira. Esto quieredecir que si tenemos un campo magnéticogenerando un flujo magnético, necesitamos unaespira por donde circule una corriente paraconseguir que se genera la f.e.m. (fuerzaelectromotriz).Este descubrimiento, realizado en el año 1830 porMichael Faraday, permitió un año después lacreación del disco de Faraday. El disco de Faradayconsiste en un imán en forma de U, con un discode cobre en medio, que está girando.Como se observa en el capítulo deelectromagnetismo, cuando dentro de un campomagnético tenemos una espira pordonde circula una corrienteeléctrica aparecen un par defuerzas que provocan que la espiragire alrededor de su eje. De estamisma manera, si dentro de uncampo magnético introducimos una espira y lahacemos girar provocaremos la corriente inducida.Esta corriente inducida es la responsable de laf.e.m. y será variable en función de la posición dela espira y el campo magnético.
  6. 6. La cantidad de corriente inducida o f.e.m.dependerá de la cantidad de flujo magnético(también llamado líneas) que la espira puedacortar, cuanto mayor sea el número, mayorvariación de flujo generara y por lo tanto mayorf.e.m. En las siguientes imágenes se observan losdos casos más extremos, cuando la espira estásituada a 0° o 180° y no corta líneas, y cuando estáa 90° o 270° y las corta todas.Al hacer girar la espira dentro del imánconseguiremos una tensión que variará en funcióndel tiempo. Esta tensión tendráuna forma alterna, puesto quede 180° a 360° los polos estaráninvertidos y el valor de latensión será negativo. Elalternador mantiene la corrientealterna mientras la dinamo convierte la corrientealterna en corriente continua como vemos justodebajo.Máquinas eléctricas: motores y generadores
  7. 7. Llamamos máquinas eléctricas a los aparatoscapaces de transformar energía eléctrica encualquier otra forma de energía. En el caso queestamos viendo tanto las dinamos como losalternadores pertenecen a la familia de lasmáquinas eléctricas. Las máquinas eléctricas sonreversibles y pueden trabajar de dos manerasdiferentes:Como motor eléctrico: Convierte la energíaeléctrica en mecánica.Como generador eléctrico: Convierte la energíamecánica en eléctrica.Las máquinas eléctricas se pueden dividir enrotativas y estáticas. En este caso vamos a fijarnosen el grupo de las máquinas rotativas que loconstituyen los motores y los generadores.Todas las máquinas rotativas están formada poruna parte fija llamada estator y otra móvil llamadarotor.Como cualquier componente mecánico lasmáquinas eléctricas tienen unas pérdidas. Las másimportantes son:
  8. 8. Pérdidas mecánicas: Causadas por el rozamientoentre las piezas móviles.Pérdidas eléctricas: Debidas al efecto Joule.Pérdidas magnéticas: Dependen de las variacionesque se producen en los campos magnéticos y de lafrecuencia.Generador de corriente continua: la dinamoEl generador de corriente continua, tambiénllamado dinamo, es una máquina a la cual lesubministramos energía mecánica y la transformaen energía eléctrica. Las principales partes de estamáquina son:Estator: parte fija exterior de la máquina.El estator contiene el sistema inductor destinado aproducir el campo magnético. Está formado por lospolos inductores, el bobinaje del inductor y laculata.Polos inductores:Diseñados para repartiruniformemente el campomagnético. Distinguimos
  9. 9. en ellos el núcleo y la expansión polar. El númerode polos ha de ser par, en caso de máquinasgrandes se han de utilizar polos auxiliares.Bobinaje inductor: Son las bobinas de excitaciónde los polos principales, colocadas alrededor delnúcleo.Culata: La culata sirve para cerrar el circuitomagnético.Rotor: Parte móvil que gira dentro del estator.El rotor al estar sometido a variación de flujo creala f.e.m. inducida, por lo tanto contiene el sistemainducido. Está formado por el núcleo del inducido,el bobinaje del inducido, el colector, las escobillasy los cojinetes.Núcleo del inducido: Cilindro construido parareducir las pérdidas magnéticas. Dispone deranuras longitudinales donde se colocan lasespiras del enrollamiento del inducido.Bobinaje inducido: Formado por espiras que sedistribuyen uniformemente por las ranuras delnúcleo.Colector: Cilindro solidario al eje de la máquinaformado por segmentos de cobre o láminasaisladas eléctricamente entre ellas. En cada láminase conecta una bobina.
  10. 10. Escobillas: Son piezas de carbón-grafito ometálicas, que están en contacto con el colector.Hacen la conmutación de la corriente inducida y latransportan en forma de corriente continua hacia elexterior.Cojinetes: Sirven de soporte y permiten el giro deleje de la máquina.Entrehierro: Espacio entre rotor y estator.La conmutación en las dinamosLa conmutación es la operación de transformaciónde un señal alterno a un señal continua. Tambiénse conoce como rectificación de señal. Lasdinamos hacen esta conmutación ya que en susbornes han de suministrar corriente continuo.A la hora de realizar esta conmutación existendiferentes problemas. Cuando el generadorfunciona con una carga conectada en sus bornes,nos encontramos con una caída de tensión internay una reacción en el inducido.El inducido creará un flujo magnético que seopone al flujo magnético generado por el imán, aeste efecto se le da el nombre de fuerza contraelectromotriz, que desplazará el plano neutro.
  11. 11. Para solucionar este problema se pueden realizardiversas mejoras como:Desplazamiento de las escobillas: Este métodocambia las escobillas a su nueva posicióncorrigiendo el desvío del plano, el problema es queel motor puede trabajar desde el 0% de su cargatotal al 100%, por lo que el plano puede cambiar.Polos de conmutación o auxiliares: la función deestos polos auxiliares es la de compensar el flujoproducido por las bobinas inducidas ycompensarlo. Es una solución muy útil yeconómica.Bobinas de compensación: Cuando losgeneradores son de gran potencia, los polos deconmutación no son suficientes, en este casousamos bobinas de compensación.Generador de corriente alterna: el alternadorLos generadores de corriente alterna oalternadores son máquinas que transformanenergía mecánica, que reciben por el rotor, enenergía eléctrica en forma de corriente alterna. Suestructura es la siguiente:
  12. 12. Estator: Parte fija exterior de la máquina.El estator está formado por una carcasa metálicaque sirve de soporte. En su interior encontramos elnúcleo del inducido, con forma de corona yranuras longitudinales, donde se alojan losconductores del enrollamiento inducido.Rotor: Parte móvil que gira dentro del estatorEl rotor contiene el sistema inductor y los anillosde rozamiento, mediante los cuales se alimenta elsistema inductor. En función de la velocidad de lamáquina hay dos formas constructivas.Rotor de polos salidos o rueda polar:Utilizado para turbinas hidráulicas omotores térmicos, para sistemas debaja velocidad.Rotor de polos lisos: Utilizado paraturbinas de vapor y gas, estos grupos sonllamados turboalternadores. Pueden girar a 3000,1500 o 1000 r.p.m. en función de los polos quetenga.El alternador es una máquina síncrona quenecesita de una corriente de excitación en el
  13. 13. bobinaje inductor para generar el campo eléctricoy funcionar. Por lo tanto su diagrama defuncionamiento es el siguiente:Al ser máquinas síncronas que se conectan a lared han de trabajar a una frecuencia determinada.En el caso de Europa y algunas zonas deLatinoamérica se trabaja a 50 Hz, mientras que losdemás países de Latinoamérica, Estados Unidos oJapón usan 60 Hz.El principio de funcionamiento de los alternadoreses el mismo que hemos estudiado hasta ahora, conuna pequeña diferencia. Para generar el campomagnético, hay que aportar una corriente deexcitación (Ie) en corriente continua. Esta corrientegenera el campo magnético para conseguir lacorriente inducida (Ii) que será corriente alterna.Los alternadores están acoplados a una máquinamotriz que les genera la energía mecánica enforma de rotación. Según la máquina motriztenemos tres tipos:Máquinas de vapor: Se acopla directamente alalternador. Generan una velocidad de giro baja ynecesitan un volante de inercia para generar unarotación uniforme.
  14. 14. Motores de combustión interna: Se acoplandirectamente y las características son similares alcaso anterior.Turbinas hidráulicas: La velocidad defuncionamiento tiene un rango muy amplio. Estosalternadores están diseñados para funcionar bienhasta el doble de su velocidad de régimen.Funcionamiento en carga de un alternadorCuando un alternador funciona conectado a uncircuito exterior se crean corrientes inducidos quenos generan los siguientes efectos:Caída de tensión en los bobinajes inducidos: Laresistividad que nos presentan los conductoreshace que tengamos una caída de tensión.Efecto de reacción en el inducido: El tipo dereacción que tendremos en el inducido dependeráde la carga conectada:Resistiva: Tenemos un incremento en la caída detensión interna y una disminución de la tensión enlos bornes de salida.Inductiva: Aparece una caída de tensiónimportante en los bornes de salida.
  15. 15. Capacitiva: Disminuye la caída de tensión interna yeleva mas el valor de la tensión de salida en losbornes de salida.Efecto de dispersión del flujo magnético: Haylíneas de fuerza que no pasan por el inducido, sepierden o llegan al siguiente polo, cuando más altasea la corriente del inducido más perdidas pordispersión nos encontramos.
  16. 16. Central eléctricaUna central eléctrica es una instalación capaz deconvertir la energía mecánica, obtenida medianteotras fuentes de energía primaria, en energíaeléctrica.Podemos considerar que el esquema de unacentraleléctricaes:Engeneral, laenergíamecánica procede de la transformación de laenergía potencial del agua almacenada en unembalse; de la energía térmica suministrada alagua mediante la combustión del carbón, gasnatural, o fuel, o a través de la energía de fisión deluranio.Para realizar la conversión de energía mecánica eneléctrica, se emplean unos generadores, máscomplicados que los que acabamos de ver en lapregunta anterior, que constan de dos piezasfundamentales:o El estator: Armadura metálica, que permaneceen reposo, cubierta en su interior por unos hilos decobre, que forman diversos circuitos.
  17. 17. o El rotor: Está en el interior del estator y giraaccionado por la turbina. Está formado en su parteinterior por un eje, y en su parte más externa porunos circuitos, que se transforman enelectroimanes cuando se les aplica una pequeñacantidad de corriente.Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a laenergía mecánica aplicada en las turbinas, seproduce unas corrientes en los hilos de cobre delinterior del estator. Estas corrientes proporcionanal generador la denominada fuerza electromotriz,capaz de producir energía eléctrica a cualquiersistema conectado a él.Como hemos visto laturbina es laencargada de moverel rotor delgenerador y producirla corriente eléctrica.La turbina a su vez es accionada por la energíamecánica del vapor de agua a presión o por unchorro de agua.Todas las centrales eléctricas constan de unsistema de "turbina-generador" cuyofuncionamiento básico es, en todas ellas, muyparecido, variando de unas a otras la forma en que
  18. 18. se acciona la turbina, o sea, dicho de otro modo enque fuente de energía primaria se utiliza, paraconvertir la energía contenida en ella en energíaeléctrica.Hoy en día las centrales eléctricas son:Centrales Hidráulicas Centrales SolaresCentrales Nucleares CentralesGeotérmicasCentrales Térmicas CentralesMareomotrizCentrales Eólicas
  19. 19. Conclusión:De este tema aprendí sobre las partes de ungenerador ya sea como están clasificados, decuales son los generadores de Corriente Alterna yCorriente continua, y las centrales donde usan elmétodo de generación
  20. 20. Bibliografía:http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/v.-funcionamento-basico-de-generadoreshttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo2.html

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