Qué es un generador eléctrico y su funcionamiento

El generador eléctrico se inventó antes de que se descubriera la correlación entre la electricidad y el magnetismo. Estos generadores utilizan los principios electrostáticos para funcionar con la ayuda de placas, correas móviles cargadas eléctricamente y discos para transportar la carga hacia un electrodo de alto potencial. Los generadores utilizan dos mecanismos para generar la carga, como el efecto triboeléctrico o la inducción electrostática. Por ello, generan una corriente baja, así como una tensión muy alta, debido a la complejidad de las máquinas aislantes, así como a su ineficacia. Las potencias de los generadores electrostáticos son bajas, por lo que nunca se utilizan para la generación de energía eléctrica. Las aplicaciones prácticas de este generador son para suministrar energía a los tubos de rayos X, así como en los aceleradores de partículas atómicas.

¿Qué es un generador eléctrico?

Un nombre alternativo de un generador eléctrico es una dinamo para la transmisión y distribución de energía a través de líneas eléctricas a diferentes aplicaciones como las domésticas, industriales, comerciales, etc. También son aplicables en aviones, automóviles, trenes y barcos para generar energía eléctrica. En un generador eléctrico, la potencia mecánica puede obtenerse a través de un eje giratorio que equivale al par del eje que se multiplica utilizando la velocidad angular o de rotación.

La energía mecánica puede obtenerse a través de diferentes fuentes como las turbinas hidráulicas en los saltos de agua/presas; las turbinas de vapor, las turbinas de gas y las turbinas eólicas, en las que el vapor puede generarse a través del calor de la ignición de los combustibles fósiles o de la fisión nuclear. Las turbinas de gas pueden quemar el gas directamente dentro de la turbina, si no, los motores diesel y la gasolina. La construcción del generador, así como su velocidad, pueden cambiar en función de las características del motor principal.

Un generador es una máquina que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Funciona basándose en el principio de la ley de Faraday de la inducción electromagnética. La ley de faraday establece que siempre que se coloca un conductor en un campo magnético variable, se induce un CEM y este CEM inducido es igual a la tasa de cambio de los enlaces de flujo. Este CEM puede generarse cuando hay una variación relativa de espacio o de tiempo entre el conductor y el campo magnético. Así pues, los elementos importantes de un generador son

• Campo magnético
• El movimiento del conductor en un campo magnético

Características

El principal características de los generadores eléctricos incluyen las siguientes.

Potencia

La capacidad de salida de potencia de un generador eléctrico es muy amplia. Seleccionando un generador ideal, pueden satisfacerse fácilmente las necesidades de alta y baja potencia mediante una potencia de salida idéntica.

Combustible

Hay varias opciones de combustible como gasolina, gasóleo, GLP y gas natural para los generadores eléctricos.

Portabilidad

Los generadores eléctricos son portátiles porque están diseñados con asas y ruedas. Así, pueden trasladarse fácilmente de un lugar a otro.

Ruido

Algunos generadores incluyen tecnología de reducción de ruido para poder reducir la contaminación acústica.

Construcción de un generador eléctrico

La construcción de un generador eléctrico puede realizarse con diferentes piezas como el alternador, el sistema de combustible, el regulador de tensión, el sistema de refrigeración y escape, el sistema de lubricación, el cargador de baterías, el panel de control, el bastidor o el conjunto principal.

Alternador

La conversión de energía que se produce en un generador se conoce como alternador. Incluye piezas tanto fijas como móviles que trabajan conjuntamente para generar el campo electromagnético y el flujo de electrones para generar electricidad.

Sistema de combustible

El sistema de combustible del generador se utiliza para generar la energía necesaria. Este sistema consta de una bomba de combustible, un depósito de combustible, un tubo de retorno y un tubo que se utiliza para conectar el motor y el depósito. Se utiliza un filtro de combustible para eliminar los residuos antes de que llegue al motor y un inyector hace que el combustible fluya hacia la cámara de combustión.

Motor

La función principal del motor es suministrar energía eléctrica al generador. El alcance de la potencia generada por un generador puede decidirse a través de la potencia del motor.

Regulador de tensión

Este componente se utiliza para controlar la tensión de la electricidad que se genera. También convierte la electricidad de CA en CC si es necesario.

Sistemas de refrigeración y escape

Generalmente, los generadores producen mucho calor, por lo que para reducir el calor del sobrecalentamiento de una máquina se utiliza el sistema de refrigeración. El sistema de escape se utiliza para eliminar los humos durante su funcionamiento.

Sistema de lubricación

En un generador, hay varias piezas pequeñas y móviles que es necesario lubricar suficientemente con aceite de motor para obtener un funcionamiento suave y proteger del desgaste excesivo. Los niveles de lubricante deben comprobarse con frecuencia cada 8 horas de proceso.

Cargador de baterías

Las baterías se utilizan principalmente para proporcionar energía al generador. Es un componente automático completo que se utiliza para asegurar que la batería esté preparada para funcionar una vez que sea necesario, suministrándole una tensión estable de bajo nivel.

Panel de control

El panel de control se utiliza para controlar todas las funciones del generador mientras funciona de principio a fin. Las unidades modernas son capaces de detectar cuándo el generador se enciende y apaga automáticamente.

Bastidor/conjunto principal

El bastidor es el cuerpo del generador y es la parte donde la estructura lo mantiene todo en su sitio.

Funcionamiento del generador eléctrico

Los generadores son básicamente bobinas de conductores eléctricos, normalmente hilo de cobre, que se enrollan fuertemente en un núcleo metálico y se montan para que giren dentro de una exposición de grandes imanes. Cuando un conductor eléctrico se mueve a través de un campo magnético, el magnetismo interactuará con los electrones del conductor para inducir un flujo de corriente eléctrica en su interior.

La bobina conductora y su núcleo se denominan inducido, conectando el inducido al eje de una fuente de energía mecánica, por ejemplo, un motor, el conductor de cobre puede girar a una velocidad excepcionalmente elevada sobre el campo magnético.

En el momento en que el inducido del generador empieza a girar, hay un campo magnético débil en las zapatas de los polos de hierro. A medida que el inducido gira, empieza a aumentar la tensión. Parte de esta tensión se hace en los devanados de campo a través del regulador del generador. Esta impresionante tensión crea una corriente más fuerte en los devanados, lo que aumenta la fuerza del campo magnético.

El campo ampliado produce más tensión en el inducido. Esto, a su vez, hace que haya más corriente en los devanados del campo, con el consiguiente aumento de la tensión del inducido. En ese momento, los signos de las zapatas dependían del sentido del flujo de la corriente en el devanado de campo. Los signos opuestos harán que la corriente fluya en la dirección equivocada.

¿Cómo crea la electricidad el generador eléctrico?

En realidad, los generadores eléctricos no crean electricidad; en lugar de crearla, cambian la energía de mecánica a eléctrica o de química a eléctrica. Esta conversión de energía se realiza captando la energía del movimiento y convirtiéndola en forma eléctrica mediante el empuje de electrones desde la fuente exterior utilizando un circuito eléctrico. Un generador eléctrico funciona básicamente al revés que el motor.

Algunos generadores que se utilizan en la presa Hoover proporcionan una gran cantidad de energía mediante la transmisión de la energía creada por las turbinas. Los generadores que se utilizan tanto en el ámbito comercial como en el residencial son de tamaño muy reducido, pero dependen de diferentes fuentes de combustible, como el gas, el gasóleo y el propano, para generar energía mecánica.

Esta potencia puede utilizarse en un circuito para inducir una corriente.
Una vez creada esta corriente, se dirige mediante cables de cobre para alimentar dispositivos exteriores, máquinas o sistemas eléctricos completos.

Los generadores actuales utilizan el principio de inducción electromagnética de Michael Faraday, porque descubrió que una vez que un conductor gira dentro de un campo magnético, se pueden formar cargas eléctricas para crear un flujo de corriente. Un generador eléctrico está relacionado con la forma en que una bomba de agua impulsa el agua mediante una tubería.

Tipos de generadores eléctricos

Los generadores se clasifican en tipos.

• Generadores de corriente alterna
• Generadores de corriente continua

Generadores de CA

También se denominan alternadores. Es el medio más importante para producir energía eléctrica en muchos lugares, ya que hoy en día todos los consumidores utilizan CA. Funciona basándose en el principio de la inducción electromagnética. Son de dos tipos: uno es un generador de inducción y otro es un generador síncrono.

El generador de inducción no requiere una excitación de CC separada, ni controles de regulación, ni control de frecuencia, ni regulador. Este concepto tiene lugar cuando las bobinas conductoras giran en un campo magnético accionando una corriente y una tensión. Los generadores deben funcionar a una velocidad constante para transmitir una tensión alterna estable, incluso en vacío.

Los generadores síncronos son generadores de gran tamaño que se utilizan principalmente en las centrales eléctricas. Pueden ser del tipo de campo giratorio o de inducido giratorio. En el tipo de inducido giratorio, el inducido está en el rotor y el campo en el estator. La corriente de la armadura del rotor se toma a través de anillos rozantes y escobillas. Están limitados por las elevadas pérdidas del viento. Se utilizan para aplicaciones de baja potencia. El tipo de alternador de campo giratorio es muy utilizado por su gran capacidad de generación de potencia y la ausencia de anillos rozantes y escobillas.

Pueden ser generadores trifásicos o bifásicos. Un alternador bifásico produce dos tensiones completamente separadas. Cada tensión puede considerarse como una tensión monofásica. Cada una de ellas genera una tensión completamente independiente de la otra. El alternador trifásico tiene tres devanados monofásicos espaciados de forma que la tensión inducida en una fase cualquiera está desplazada 120º respecto a las otras dos.

Pueden estar conectados en delta o en estrella. En la Conexión Delta, cada extremo de la bobina se conecta para formar un bucle cerrado. Una conexión en triángulo aparece como la letra griega Delta (Δ). En la conexión en estrella, un extremo de cada bobina se conecta entre sí y el otro extremo de cada bobina se deja abierto para conexiones externas. Una Conexión en Y aparece como la letra Y.

Estos generadores se empaquetan con un motor o turbina para utilizarlos como grupo motor-generador y se emplean en aplicaciones como la naval, la extracción de petróleo y gas, la maquinaria minera, las centrales eólicas, etc

Ventajas

Las ventajas de los generadores de corriente alterna son las siguientes

• Estos generadores no suelen necesitar mantenimiento, debido a la ausencia de escobillas.
• Suben y bajan fácilmente a través de transformadores.
• El tamaño del enlace de transmisión puede ser más delgado debido a la función de aumento
• El tamaño del generador es relativamente menor que el de la máquina de CC
• Las pérdidas son relativamente menores que las de la máquina de corriente continua
• Estos disyuntores del Generador son relativamente más pequeños que los de CC

Generadores de CC

Los generadores de CC suelen encontrarse en aplicaciones fuera de la red. Estos generadores proporcionan un suministro de energía sin fisuras directamente a los dispositivos de almacenamiento eléctrico y a las redes eléctricas de CC sin necesidad de equipos novedosos. La energía almacenada se lleva a las cargas a través de convertidores cc-ac. Los generadores de corriente continua pueden ser controlados de nuevo a una velocidad inmóvil, ya que las baterías tienden a ser estimulantes para recuperar bastante más combustible.

Clasificación de los generadores de corriente continua

Los generadores de corriente continua se clasifican según la forma en que se desarrolla su campo magnético en el estator de la máquina.

• generadores de corriente continua de imán permanente
• Generadores de corriente continua de excitación independiente y
• Generadores de corriente continua autoexcitados.

Los generadores de corriente continua de imanes permanentes no requieren excitación de campo externa porque tienen imanes permanentes para producir el flujo. Se utilizan para aplicaciones de baja potencia, como las dinamos. Los generadores de corriente continua de excitación independiente requieren una excitación de campo externa para producir el flujo magnético. También podemos variar la excitación para obtener una potencia de salida variable.

Se utilizan en aplicaciones de galvanoplastia y electrorrefinería. Debido al magnetismo residual presente en los polos del estator, los generadores de corriente continua autoexcitados pueden producir su propio campo magnético una vez que se ponen en marcha. Tienen un diseño sencillo y no necesitan un circuito externo para variar la excitación del campo. También estos generadores de CC autoexcitados se clasifican en generadores en derivación, en serie y compuestos.

Se utilizan en aplicaciones como la carga de baterías, la soldadura, las aplicaciones ordinarias de iluminación, etc.

Ventajas

Las ventajas de un generador de corriente continua son las siguientes

• Principalmente, las máquinas de corriente continua tienen una gran variedad de características de funcionamiento que pueden obtenerse mediante la selección del método de excitación de los devanados de campo.
• La tensión de salida puede suavizarse disponiendo regularmente las bobinas alrededor del inducido. De este modo se reducen las fluctuaciones, que son deseables para algunas aplicaciones de estado estacionario.
• No se necesita apantallamiento para la radiación, por lo que el coste de los cables será menor en comparación con la CA.

Otros tipos de generadores eléctricos

Los generadores se clasifican en diferentes tipos como portátiles, de reserva e inversores.

Generador portátil

Se utilizan mucho en diferentes aplicaciones y están disponibles en diferentes configuraciones cambiando la potencia. Son útiles en los desastres normales una vez que la red eléctrica se daña. Se utilizan en establecimientos residenciales y comerciales ligeros, como tiendas y comercios, en el sector de la construcción para suministrar energía a herramientas pequeñas, en bodas al aire libre, acampadas, eventos al aire libre y para suministrar energía a dispositivos agrícolas, como pozos de sondeo o sistemas de riego por goteo.

Este tipo de generador funciona con gasoil o con gas para proporcionar energía eléctrica a corto plazo. Las principales características del generador portátil son

• Conduce la electricidad mediante un motor de combustión.
• Puede conectarse a diferentes herramientas o aparatos a través de sus enchufes.
• Se puede conectar a subpaneles.
• Se utiliza en zonas remotas.
• Consume menos energía para hacer funcionar el congelador, la Tv y el frigorífico.
• La velocidad del motor debe ser de 3600 rpm para hacer la corriente típica con una frecuencia de 60hz de corriente.
• La velocidad del motor se puede controlar a través del operador
• Proporciona energía a las luces y a las herramientas

Generador inversor

Este tipo de generador utiliza un motor conectándolo a un alternador para generar energía de CA, y también utiliza un rectificador para cambiar la CA a CC. Se utilizan en frigoríficos, aires acondicionados, automóviles de barco que requieren valores de frecuencia y tensión específicos. Están disponibles en menos peso y sólidos. Las características de este generador son principalmente las siguientes

• Depende de imanes modernos.
• Utiliza circuitos electrónicos superiores.
• Utiliza 3 fases para generar electricidad.
• Mantiene un suministro de corriente estable a un aparato.
• Es eficiente desde el punto de vista energético porque la velocidad de un motor se ajusta por sí misma en función de la potencia necesaria.
• Cuando se utiliza con el dispositivo adecuado, su corriente alterna puede fijarse a cualquier tensión y frecuencia.
• Son ligeros y se utilizan en un coche, un barco, etc.

Generador de reserva

Se trata de un tipo de sistema eléctrico, utilizado para funcionar a través de un interruptor de transferencia automático que da una señal para encender un dispositivo en caso de pérdida de energía. Las mejores características de un generador de reserva son las siguientes

• Su funcionamiento puede ser automático
• Se utiliza en sistemas de seguridad para la iluminación de reserva, ascensores, equipos de soporte vital, sistemas médicos y de protección contra incendios.
• Proporciona una protección energética estable
• Supervisa constantemente la potencia de la red eléctrica
• Ejecuta autopruebas automáticamente cada semana para comprobar que responde correctamente o no a la pérdida de energía.
• Incluye dos componentes como un interruptor de transferencia automática y un generador de reserva
• Detecta la pérdida de energía en segundos y mejora la electricidad
• Funciona con gas natural o con propano líquido.
• Utiliza un motor de combustión interno.

Generadores industriales

Los generadores industriales son algo diferente en comparación con las aplicaciones comerciales o residenciales. Son robustos y resistentes y funcionan en condiciones difíciles. Las características de la fuente de alimentación van de 20 kW a 2500 kW, de 120 a 48 voltios y de 1 a 3 fases.

Suelen ser más personalizados en comparación con otros tipos. La clasificación de estos generadores puede hacerse en función del combustible utilizado para hacer funcionar el motor y poder generar energía eléctrica. Los combustibles son el gas natural, el gasóleo, la gasolina, el propano y el queroseno,

Generadores de inducción

Estos generadores son de dos tipos: autoexcitados y de excitación externa. Los autoexcitados se utilizan en los molinos de viento, donde el viento se utiliza como una fuente de energía no tradicional que se convierte en energía eléctrica. Los de excitación externa se utilizan en aplicaciones de frenado regenerativo como grúas, polipastos, locomotoras eléctricas y ascensores.

Mantenimiento del generador eléctrico

El mantenimiento del generador eléctrico es bastante similar al de todos los tipos de motores. Para todos los fabricantes, es muy importante conocer su mantenimiento para todos los generadores. El mantenimiento normal consiste en una inspección general, como la comprobación de fugas, niveles de refrigerante, revisión de las mangueras y correas, cables y terminales de la batería. Es importante examinar el aceite para cambiarlo con frecuencia. La frecuencia del cambio de aceite depende principalmente del fabricante y de la frecuencia de uso. Si el generador utiliza gasóleo, es necesario cambiar el aceite cada 100 horas de actividad.

Una vez al año, el filtrado y la limpieza del combustible degradarán el combustible diesel muy rápidamente. Después de algunos días de funcionamiento, este combustible puede degradarse por la contaminación del agua y los microbios, lo que provoca la obstrucción de los conductos de combustible y de los filtros. La limpieza del combustible utiliza biocidas al año en todos los tipos de generadores, excepto en el generador de reserva, donde atraerá la humedad.

El sistema de refrigeración debe mantenerse, ya que es necesario comprobar el nivel de refrigerante a intervalos accesibles durante el tiempo de parada.

Es necesario comprobar la potencia de la batería porque los problemas de la misma pueden causar fallos. Es necesario realizar pruebas periódicas para notificar el estado actual de la batería. Se trata de verificar los niveles de electrolito, así como la gravedad exacta de las baterías eléctricas.

También es muy importante eliminar el generador durante 30 minutos semanales bajo carga. Elimina el exceso de humedad, engrasa el motor y filtra el combustible, así como la lámina. Una vez que cualquier pieza móvil que se encuentre en cualquier lugar del generador debe ser localizada firmemente en.

Para una inspección posterior, hay que mantener sus registros para conocer el estado de tu generador.

Aplicaciones

El aplicaciones de los generadores eléctricos incluyen las siguientes.

• En diferentes ciudades, los generadores proporcionan el suministro a la mayoría de las redes eléctricas
• Se utilizan en el transporte
• Los generadores a pequeña escala son un excelente respaldo para las necesidades de energía de los hogares o de las pequeñas empresas
• Se utilizan para accionar motores eléctricos
• Se utilizan antes de instalar la energía en los campos de construcción.
• Se utilizan en los laboratorios para dar el rango de tensión
• Son eficientes desde el punto de vista energético, ya que la utilización de combustible puede reducirse significativamente

Desventajas

El principal inconveniente es que no pueden detener las grandes fluctuaciones de tensión, por lo que los generadores de tipo convencional no son apropiados para el funcionamiento de consumidores sensibles a la tensión, como ordenadores portátiles, televisores o equipos de música, ya que pueden dañarlos en caso de avería.

Así pues, se trata de una visión general de un generador eléctrico. Un generador eléctrico funciona según el principio de inducción electromagnética. Este principio fue descubierto por Michael Faraday. Básicamente, los generadores son bobinas conductoras de electricidad o, generalmente, un hilo de cobre. Este hilo está fuertemente enrollado sobre un núcleo metálico y se coloca para que gire aproximadamente en una exposición de grandes imanes.

Un conductor eléctrico gira en un campo magnético y el magnetismo se conectará a través de los electrones dentro del conductor para provocar un flujo de corriente en él. En este caso, la bobina del conductor, así como su núcleo, se denomina inducido. Éste se conecta al eje de una fuente de energía. Ahora has entendido claramente el funcionamiento y los tipos de generadores. Además, si tienes más preguntas sobre este tema o sobre los proyectos eléctricos y electrónicos, deja los comentarios a continuación.

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