Principio de funcionamiento del generador síncrono

La máquina eléctrica puede definirse como un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica o la energía mecánica en energía eléctrica. Un generador eléctrico puede definirse como una máquina eléctrica que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Un generador eléctrico suele constar de dos partes: el estator y el rotor. Hay varios tipos de generadores eléctricos, como los generadores de corriente continua, los generadores de corriente alterna, los generadores para vehículos, los generadores eléctricos para uso humano, etc. En este artículo, vamos a hablar del principio de funcionamiento del generador síncrono.

Generador síncrono

Las partes giratoria y estacionaria de una máquina eléctrica pueden denominarse rotor y estator, respectivamente. El rotor o estator de las máquinas eléctricas actúa como componente productor de energía y se denomina inducido. Los electroimanes o imanes permanentes montados en el estator o rotor se utilizan para proporcionar el campo magnético de una máquina eléctrica. El generador en el que se utiliza un imán permanente en lugar de una bobina para proporcionar el campo de excitación se denomina generador síncrono de imanes permanentes o simplemente generador síncrono.

Construcción de un generador síncrono

En general, el generador síncrono consta de dos partes: el rotor y el estator. La parte del rotor está formada por los polos del campo y la parte del estator está formada por los conductores del inducido. La rotación de los polos del campo en presencia de los conductores del inducido induce una tensión alterna que da lugar a la generación de energía eléctrica.

La velocidad de los polos del campo es la velocidad sincrónica y viene dada por

Donde "f" indica la frecuencia de la corriente alterna y "P" el número de polos.

Principio de funcionamiento del generador síncrono

El principio de funcionamiento del generador síncrono es la inducción electromagnética. Si existe un movimiento relativo entre el flujo y los conductores, se induce una emf en los conductores. Para entender el principio de funcionamiento del generador síncrono, consideremos dos polos magnéticos opuestos entre los que se coloca una bobina rectangular o espira como se muestra en la siguiente figura.

Si la espira rectangular gira en el sentido de las agujas del reloj contra el eje a-b, como se muestra en la siguiente figura, entonces, tras completar 90 grados de rotación, los lados AB y CD del conductor se sitúan delante del polo S y del polo N, respectivamente. Por tanto, ahora podemos decir que el movimiento tangencial del conductor es perpendicular a las líneas de flujo magnético del polo norte al polo sur.

Por tanto, aquí la velocidad de corte del flujo por el conductor es máxima e induce corriente en el conductor, la dirección de la corriente inducida puede determinarse mediante La regla de la mano derecha de Fleming. Por lo tanto, podemos decir que la corriente pasará de A a B y de C a D. Si el conductor se gira en el sentido de las agujas del reloj otros 90 grados, entonces llegará a una posición vertical como se muestra en la siguiente figura.

Ahora, la posición del conductor y las líneas de flujo magnético son paralelas entre sí y, por tanto, no se corta ningún flujo y no se induce ninguna corriente en el conductor. A continuación, mientras el conductor gira en el sentido de las agujas del reloj durante otros 90 grados, entonces el giro rectangular llega a una posición horizontal como se muestra en la siguiente figura. De este modo, los conductores AB y CD están bajo el polo N y el polo S respectivamente. Aplicando la regla de la mano derecha de Fleming, la corriente se induce en el conductor AB desde el punto B al A y la corriente se induce en el conductor CD desde el punto D al C.

Así, la dirección de la corriente puede indicarse como A - D - C - B y la dirección de la corriente para la posición horizontal anterior de la espira rectangular es A - B - C - D. Si la espira se gira de nuevo hacia la posición vertical, la corriente inducida se reduce de nuevo a cero. Así, para una revolución completa de la espira rectangular, la corriente en el conductor alcanza el máximo y se reduce a cero, y luego en la dirección opuesta alcanza el máximo y de nuevo llega a cero. Por lo tanto, una revolución completa de la espira rectangular produce una onda sinusoidal completa de corriente inducida en el conductor, lo que puede denominarse generación de corriente alterna al girar una espira dentro de un campo magnético.

Ahora bien, si consideramos un generador síncrono práctico, los imanes de campo giran entre los conductores estacionarios del inducido. El rotor del generador síncrono y el eje o los álabes de la turbina están acoplados mecánicamente entre sí y giran a velocidad síncrona. Así, el corte de flujo magnético produce una emf inducida que provoca el flujo de corriente en los conductores de la armadura. Así, por cada devanado la corriente fluye en una dirección durante el primer medio ciclo y la corriente fluye en la otra dirección durante el segundo medio ciclo con un desfase de 120 grados (ya que se desplazan 120 grados). Por lo tanto, la potencia de salida del generador síncrono puede mostrarse como en la figura siguiente.

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